Schnelle und robuste Solid-State Disks für Server

Die Firmen Hitachi Global Storage Technologies (Hitachi GST) und Anobit stellen neue Solid-State Disks (SSDs) für den Einsatz in Servern vor. Die Ultrastar SSD400S von Hitachi GST ist mit 100, 200 oder 400 GByte Kapazität sowie in zwei Bauformen lieferbar: Entweder im "nicht-mobilen" 2,5-Zoll-Format mit 15 mm Bauhöhe und SAS-6G-Schnittstelle oder als FibreChannel-(FC-4G-)Version im 3,5-Zoll-Format. Die SAS-Version ist schneller und soll bei sequenziellem Lesen von 64-KByte-Blöcken 535 MByte/s erreichen, das Schreiben gelingt je nach Kapazität mit 400 oder 500 MByte/s. Bei zufällig verteilten Zugriffen auf 4-KByte-Blöcke nennt Hitachi GST maximal 46.000 Operationen pro Sekunde (IOPS) und 13.000 beim Schreiben.

Weil Single-Level-Cell-(SLC-)NAND-Flash-Speicherchips mehr Schreibzyklen vertragen als Multi-Level-Cell-(MLC-)Bauelemente, bestückt Hitachi GST die Ultrastar SSD400S mit SLC-Flash, und zwar mit besonders widerstandsfähigen "Ultra-Endurance"-Chips aus der 34-nm-Fertigung von Intel beziehungsweise des Joint-Ventures IM Flash von Intel und Micron. SLC-Flash arbeitet allerdings auch schneller als MLC-Flash.

Die israelische Firma Anobit wählt einen anderen Ansatz: Sie optimiert den Controller, sodass auch billigere MLC-Chips die Anforderungen von Enterprise-Servern erfüllen. Laut Anobit verträgt es die mit 200 oder 400 GByte Kapazität erhältliche Genesis, fünf Jahre lang täglich mit dem zehnfachen ihrer Kapazität an Daten beschrieben zu werden, also mit jeweils 2 beziehungsweise 4 TByte. Als Interfaces stehen SATA (3 GBit/s), SAS oder FC zur Auswahl, die Datentransferrate beim Lesen und Schreiben soll 220 beziehungsweise 180 MByte/s betragen. Anobit nennt 30.000 beziehungsweise 20.000 IOPS beim Lesen und Schreiben.

Ein spezielles "Memory Signal Processing" (MSP) soll für die Robustheit der Anobit Genesis sorgen und auch etwa Triple-Level-Cell-(TLC-)Flash so robust machen wie MLC-Speicher. Intel hat sich via Intel Capital an Anobit beteiligt, insgesamt sind der Firma weitere 32 Millionen US-Dollar Kapital zugeflossen. Der Chief Technology Officer (CTO) von Anobit, Avraham Meir, war zuvor für SanDisk tätig beziehungsweise für die von SanDisk 2006 gekaufte Firma Msystems, die zahlreiche Wear-Leveling-Algorithmen entwickelt hat.

Auch an der Entwicklung der Hitachi GST Ultrastar SSD400S ist Intel beteiligt: Die beiden Firmen hatten vor zwei Jahren eine Partnerschaft angekündigt.

Aus NAND-Flash-Speicher aufgebaute Solid-State Disks (SSDs) mit schnellen Controllern sind herkömmlichen Magnetfestplatten vor allem bei zufällig verteilten Zugriffen haushoch überlegen, letztere schaffen je nach Drehzahl und Servo-Auslegung rund 150 bis 450 IOPS pro Sekunde. Deshalb sind die Halbleiter-Massenspeicher trotz ihrer hohen Preise – pro Gigabyte zahlt man bei flotten SATA-SSDs mindestens das 30-fache wie bei typischen 1-TByte-Platten – gefragt. Einige Server-Anwendungen, speziell Datenbanken, können sie erheblich beschleunigen – und brauchen dabei auch noch wesentlich weniger Energie als ein vergleichbar leistungsfähiges Storage-Subsystem aus Magnetfestplatten.

Während in typischen Desktop-PC- und Mobil-Anwendungen aber sehr viel weniger Daten geschrieben als gelesen werden, kommt es bei manchen Server-Applikationen gerade auf hohe IOPS und Datentransferraten auch beim Schreiben an. Hier schlägt dann der Nachteil von NAND-Flasch-Speicher zu, dass er sich nur blockweise löschen lässt und auch nur eine geringe Zahl von Schreibzyklen verträgt, nämlich üblicherweise 10.000 Zyklen bei billigeren Multi-Level-Cell-(MLC-)Speicherchips und 100.000 Zyklen bei Single-Level-Cell-(SLC-)Speicherchip. Zwar sorgen – oft geheim gehaltene – Wear-Leveling-Algorithmen im SSD-Controller dafür, dass jede einzelne Zelle möglichst selten beschrieben wird, doch je nach Algorithmus gibt es eine maximale Schreibdatenmenge, bei der die NAND-Flash-Chips in der jeweiligen SSD ihre Lebensdauergrenze erreichen. (ciw)