DIMM-Flash wird PCIe-Flash im Speicher überholen

Noch liegt in Sachen Flash für Storage die Technologie PCI Express (PCIe) vor DIMM. Das könnte sich in künftigen Servern allerdings ändern.

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George Crump sieht die Marktanteile von PCI Express (PCIe) für Storage zunächst kometenhaft ansteigen und dann ebenso vorhersagbar rasant schwinden. Gleichzeitig sagt er den Aufstieg von DIMM-Flash-Geräten voraus. Der Präsident und Gründer der Analysten-Firma Storage Switzerland sagt, er verstehe, warum die Flash-Technologie PCIe NAND ein heißes Eisen ist und von Storage-Architekten diskutiert wird. 

Im Speziellen ist das so, weil sich damit die Latenz bei Applikationen reduzieren lässt, die besonders empfindlich auf Bandbreiten-Einschränkung reagieren. Die Zukunft des Server-seitigen Flash-Storage liegt laut Crump aber auf den Schultern der DIMM-Technologie (Dual In-line Memory Module). Derzeit gibt es dafür nur einen Hersteller: Diablo Technologies. Das Unternehmen stellt die Solid-State Architektur mit Namen ULLtraDIMM her und vertreibt sie durch den Partner SanDisk.

In diesem Interview erörtert Crump die Ähnlichkeiten und einige der wichtigsten Unterschiede der beiden Flash-Technologien. Weiterhin geht er darauf ein, warum DIMM in Sachen Server-seitigem Flash seiner Meinung nach die Nase bald vor PCIe haben wird.

Was ist der größte Vorteil, den Flash für Storage bereit hält?

Crump: Bei Flash dreht sich alle um die Reduzierung von Latenz. Ein Grund für den Einsatz von PCIe-Flash innerhalb des Servers und der Verzicht auf ein gemeinsam genutztes Flash-Array ist, dass Sie die Latenz des Storage-Netzwerks eliminieren möchten. Weiterhin setzt man auf nativen PCIe-Flash, eine Art RAID-basierten PCIe-Flash, um die Latenz im Storage-I/O-Stack zu vermeiden. DIMM-Flash setzt man hingegen ein, um die vom PCIe-Bus ausgehende Latenz zu umgehen. Man steckt hierbei die Flash-Module in einen Steckplatz für Arbeitsspeicher. Im Grunde genommen handelt es sich um ein Netzwerk bestehend aus acht Steckplätzen, die für Memory konzipiert wurden.

Welche Rolle wird Ihrer Meinung nach PCIe-Flash in naher Zukunft im Storage-Bereich spielen?

Crump: Ich denke, PCIe wird eine mittelfristige Lösung und nicht nächstes Jahr vom Erdboden verschwunden sein. In fünf Jahren könnte die Technologie allerdings Geschichte sein. Haben Sie derzeit ein Performance-Problem und der Server-Hersteller Ihrer Wahl unterstützt kein DIMM-Flash oder kostet zuviel, entscheiden Sie sich wahrscheinlich für PCIe. Meiner Meinung nach sind alle Flash-Einkäufe von Natur aus temporär. Sie kaufen keine Flash-Technologie und erwarten dann, dass Sie zehn Jahre lang damit leben können.

Was sind die größten Nachteile, wenn wir von PCIe-Flash sprechen?

Crump: Da gibt es einige. Zunächst einmal ist PCIe-Flash ohne Spezial-Software auf einen Server limitiert. Kaufen Sie eine PCIe-Karte mit einem Terabyte und benötigen nur 300 Gigabyte an Flash, haben Sie im Grunde genommen 700 Gigabyte an teurem Storage verschwendet. Denken Sie an all die Nachteile von DAS (Direct-Attached Storage). Diese gelten ebenso für PCIe-Flash.

PCIe wird eine mittelfristige Lösung und nicht nächstes Jahr vom Erdboden verschwunden sein.

George Crump, Präsident von Storage Switzerland 

Der zweite Nachteil ist, dass nativer PCIe-Flash ein fixes Board ist und ein Medium wie eine Disk benötigt. Sie müssen also von einem anderen Gerät starten und die Treiber laden, bevor Sie Zugriff auf die PCIe-Flash-Karte haben. 

Das bedeutet natürlich auch, dass der Hersteller des jeweiligen PCIe-Flash-Geräts für die unterschiedlichen Betriebssysteme spezielle Treiber schreiben muss. Diese müssen dann wiederum auf den entsprechenden Plattformen zertifiziert sein.

Auf der anderen Seite gibt es dann PCIe-Flash-Anbieter, die RAID-Controller für diese Technologie zur Verfügung stellen. LSI gehört zum Beispiel dazu. Die Firma wurde im April 2014 von Avago Technologies akquiriert. 

RAID-Controller und eingebettete Flash-Module befinden sich direkt auf der jeweiligen PCIe-Karte. Der Vorteil davon ist, dass Sie keinen zusätzlichen Treiber benötigen. Allerdings muss das Ganze über den herkömmlichen Storage-Protokoll-Stack SCSI laufen.

Sowohl DIMM-Flash-Module als auch PCIe-Laufwerke hängen von NAND ab. Ist für die beiden die Konfiguration unterschiedlich?

Crump: Der einzige Unterschied an dieser Stelle ist lediglich eine andere Schnittstelle. Es geht darum, wie NAND auf die I/O-Anfragen und den dafür verfügbaren Kanal reagiert. NAND-Flashspeicher ist nichts anderes als ein Container mit einigen Zellen, die geladen sind. Es gibt große Diskussionen, ob man hierfür elektrische Spannung oder eine andere Energieform verwenden soll. 

Im Grunde genommen sind die Zellen mit einer Null oder einer Eins geladen. Diese Ladung bestimmt, welche Daten-Typen sich auf welcher spezifischen Zelle befinden. Diverse Flash-Anbieter stellen Möglichkeiten zur Verfügung, die Ladung zu optimieren. Die Vorteile für den Kunden sind maximale Lebensdauer, maximale Kapazität und maximale Performance des NAND.

Kann man Unterschiede bei der Latenz feststellen, wenn wir PCIe- und DIMM-Flash vergleichen?

Crump: Verwenden wir DIMM-Flash, reduzieren wir die Latenz wahrscheinlich um einige Dutzend Mikrosekunden. Der größte Unterschied ist aber, dass es bei den DIMM-Stecklätzen keine unvorhergesehen Eventualitäten gibt, wie das bei einem gemeinsam genutzten PCIe-Bus der Fall ist. Hier müssen Sie einige Netzwerk-Karten, ein RAID-Controller und andere Komponenten verwenden, die ebenfalls etwas von der I/O-Leistung haben möchten. Bei bestimmten Applikationen ist der Latenz-Unterschied spürbar. Bei DIMM laufen lediglich Speicher-basierte Module. Genauer gesagt sind das DRAM und Flash.

Was ist das optimale Einsatzgebiet für DIMM-Flash?

Crump: DIMM-Flash ist für jede Applikation oder Anwendung gut, die von extrem geringer Latenz profitiert. Big-Data-Analytik und Hochfrequenzhandel (High Frequency Trading) sind zwei Bereiche, in denen der Einsatz von DIMM sinnvoll ist. Manchmal kommt es auch einfach auf die Architektur an. Vielleicht haben Sie keine PCIe-Steckplätze mehr im System zur Verfügung, aber einige DIMM-Slots sind noch frei.

DIMM wird dem System auf zwei verschiedene Weisen präsentiert. Es ist entweder als Storage verfügbar und verhält sich wie eine weitere Festplatte oder es ist wie Arbeitsspeicher und steht dem System als RAM zur Verfügung. Bei der Erstellung von sehr großen virtuellen Umgebungen wird das möglicherweise zu einem Problem. Früher befanden sich ein Dutzend virtueller Maschinen (VM) auf einem Host. Heutzutage sind das vier oder fünf Mal so viel. Die Kosten für Arbeitsspeicher sind dabei nicht unerheblich.

Warum wird DIMM Flash noch nicht breiter eingesetzt?

Crump: Die Realität von DIMM sieht so aus, dass man Änderungen am Server-ROM BIOS (Read-Only Memory für Basic Input/Output Operating System) durchführen muss, um die Technologie zu unterstützen. Das ROM BIOS in einem Server erwartet DRAM (Dynamic Random Access Memory) und nicht Flash in einem DIMM-Steckplatz. 

Aus diesem Grund müssen die Hersteller das BIOS modifizieren. Derzeit ist mir nur von IBM und SuperMicro bekannt, dass diese Unternehmen Anpassungen am BIOS vornehmen. So weit ich weiß, gibt es diese Pläne bei HP (Hewlett Packard) und Dell nicht.

Wie lange wird es noch dauern, bis DIMM vor PCIe als Flash-Storage liegt?

Crump: Die ganze Branche verändert sich sehr schnell. PCIe-Anbieter werden sicherlich einiges in die Waagschale werfen, damit die Entscheidung für DIMM schwerer fällt. Im Moment sind die DIMM-Anbieter erst am Anfang und wir wissen noch gar nicht, was sie noch alles vom Stapel lassen. Weiterhin gibt es sehr viele Endkunden, die weder PCIe noch DIMM brauchen. Solche Kunden sind vielleicht schon mit der Performance eines normalen SSD (Solid-state Drive) zufrieden.

Was bedeutet das potenzielle DIMM-Wachstum für die PCIe-Flash-Anbieter? Werden sie eine Umstellung auf DIMM vornehmen?

Crump: Das glaube ich auf jeden Fall. Da gibt es gar keine Frage, dass sie nicht auch sehr schnell auf dem DIMM-Markt mitspielen. Bedenken Sie, dass gerade in der Flash-Welt der Begriff „Hersteller“ eine Grauzone ist. Im Grunde genommen wird NAND derzeit von vier Unternehmen gefertigt: Toshiba, Micron, SanDisk und Samsung. 

All diese Firmen stellen auch Controller her. Andere Flash-Anbieter wie zum Beispiel Fusion IO und Virident (Teil des Western-Digital-Tochterunternehmens HGST) bringen einen Mehrwert auf der Controller-Schicht ein. Dann gibt es da noch sehr viele Anbieter, die diese beiden Komponenten kaufen, um sie in eigene Storage-Produkte einzubauen.

Wie würden Sie die künftige Preisgestaltung bei Flash einschätzen?

Crump: Ich glaube schon, dass DIMM-Flash irgendwann günstiger in Bezug auf Preis pro Gigabyte sein könnte als PCIe-Flash. Bis jetzt haben wir noch keine wirkliche Preisgestaltung gesehen. Sollte sich DIMM weiter und weiter verbreiten, glaube ich an eine günstigere Alternative im Vergleich zu PCIe.

Diablo Technologies dominiert im Moment den DIMM-Bereich. Wie lange wird es dauern, bis es Konkurrenz gibt?

Crump: Natürlich geht es hier um geistiges Eigentum, das zunächst ausreifen muss, bevor DIMM so richtig Fahrt aufnehmen kann. Die großen NAND-Hersteller haben es zwar nicht öffentlich gesagt, aber sie arbeiten alle an einer DIMM-Option. 

Ich habe noch nicht viele Gegenargumente gesehen, warum sie dies nicht tun würden. Der einzige wirkliche Nachteil sind die hohen Anschaffungskosten, da das Angebot derzeit nicht groß ist. Außerdem muss Ihnen der Anbieter unter die Arme greifen, damit DIMM überhaupt einsatzfähig ist.

Man kann das mit der Einführung von HD-Fernsehern vergleichen. Das hat zu einem Krieg zwischen den Sendeanstalten geführt. Diese vertraten den Standpunkt, keine HD-Signale zu senden, solange Leute keine HDTVs kaufen. Die Zuschauer wollten aber keine HD-Fernseher, solange es kein Programm dafür gab. 

Bei DIMM-Flash ist das äquivalent. Keiner kauft es, solange die Server-Hersteller keine Unterstützung dafür bieten. Die Server-Hersteller sehen aber keine Notwendigkeit dafür, solange keiner DIMM-Flash kauft. Im Endeffekt ist das „Ob“ nicht die Frage, sondern nur das „Wann“.

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Artikel wurde zuletzt im Oktober 2014 aktualisiert

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