Melden Sie sich hier an, um auf Kommentare und die Whitepaper-Datenbank zugreifen zu können.

Kein Log-In? Dann jetzt kostenlos registrieren.

Falls Sie Ihr Passwort vergessen haben, können Sie es hier per E-Mail anfordern.

Der Zugang zur Reseller Only!-Community ist registrierten Fachhändlern, Systemhäusern und Dienstleistern vorbehalten.

Registrieren Sie sich hier, um Zugang zu diesem Bereich zu beantragen. Die Freigabe Ihres Zugangs erfolgt nach Prüfung Ihrer Anmeldung durch die Redaktion.

31.03.2005

Festplatten: Das Gesetz der Serie

Kurt Schörghofer
Die neuen seriellen Schnittstellentechniken werden ihre parallelen Vorgänger nach und nach ablösen.

Lange schon waren sie angekündigt, jetzt endlich kommen sie auf den Markt: die seriellen Speichertechniken. Doch was bedeutet der Technikwechsel für die Anwender? Sicher ist eines: Eine abrupte Wachablösung wird es nicht geben - beide Technologien werden wohl noch eine ganze Weile "im Parallelschwung" nebeneinander herfahren. Aber es zeichnet sich ein Schichtwechsel in der Speicherwelt ab: Serial-Attached-SCSI-(SAS-)Schnittstellen sind die dezidierten Nachfolger der altgedienten parallelen SCSI-Standards. Serial-ATA-Festplatten werden wohl überall dort zum Einsatz kommen, wo jetzt noch parallele Vorgänger ihren Dienst tun, also in Desktop-Rechnern und Notebooks.

Anbieter und Marktforschungsunternehmen gehen für die nächsten Jahre von einer Koexistenz verschiedener Speichertechniken in der IT-Infrastruktur von Unternehmen aus. Zwar variieren die Angaben je nach Quelle, insgesamt betrachtet ergibt sich jedoch ein relativ einheitliches Bild: Das serielle I/O-System SAS wird SCSI in Unternehmens-Servern ablösen. Bereits im Jahr 2007 wird der Anteil an SAS-Festplatten in Unternehmen nach diesen Schätzungen zwischen 25 und 40 Prozent, der von Serial-ATA-Platten zwischen 20 und 30 Prozent liegen. Einig sind sich die Auguren bei den Zukunftsaussichten für parallele ATA-(IDE-)Laufwerke: Diese dürften bis 2007 komplett ausgestorben sein.

Kleine Schnittstellenkunde

Das parallele SCSI-Bussystem wurde speziell für den Einsatz von Highend-Workstations und Servern entwickelt. Das derzeitige SCSI-Protokoll erlaubt Datentransferraten bis zu 320 MB pro Sekunde. SCSI-Festplatten sind auf den harten Dauereinsatz in Server-Schränken und Speicherkabinetten ausgelegt: Rund-um-die-Uhr-Betrieb, starke Vibrationen und relativ hohe Temperaturen machen ihnen wenig aus, so dass sie unter diesen Bedingungen eine Mean Time Between Failure (MTBF) von einer Million Stunden und mehr erreichen. Sie können auch kundenspezifisch angepasst werden (Customization) und besitzen leistungsfähige Fehlerkorrekturmechanismen.

Punkt-zu-Punkt-Architektur

Als direkte Nachfolger von Parallel-SCSI-Laufwerken haben SAS-Festplatten deren wesentliche Eigenschaften geerbt und arbeiten auf Basis des bewährten SCSI-Protokolls. Das serielle Bussystem verleiht den robusten SCSI-Laufwerken eine Reihe weiterer Vorteile: Bei der parallelen Architektur sind alle Endgeräte über ein Kabel verbunden. Dies führt zu Leistungseinbußen, da jede angeschlossene Festplatte warten muss, bis sie bei der Datenübertragung "an der Reihe" ist. Demgegenüber arbeiten serielle Schnittstellen in einer Punkt-zu-Punkt-Architektur, das heißt, jedes Gerät wird über einen eigenen Signalweg angesprochen. Die Performance bleibt also erhalten, auch wenn Daten gleichzeitig auf mehrere Endgeräte übertragen werden.

Auf diese Weise lassen sich bis zu 128 Festplatten über einen Multiplexer betreiben, während die parallele Shared-Architektur nur 16 Geräte (zum Beispiel 15 Festplatten in Kombination mit einem Host-Bus-Controller) zulässt. Die maximale Datentransferrate von SAS und SCSI ist annähernd gleich, allerdings werden künftige SAS-Generationen bis zu 12 GB pro Sekunde erreichen, was die Datenübertragung im Server-Bereich deutlich beschleunigt.

Ebenfalls für hohe Anforderungen in Unternehmensnetzen ausgelegt sind FC-Festplatten. Sie unterscheiden sich von SAS- beziehungsweise SCSI-Platten eigentlich nur durch ihre Schnittstelle und weniger durch die interne Festplattentechnik. Während sich SAS als Schnittstelle eher für Server und Raid-Systeme eignet, ist das FC-Konzept für ambitionierte Speicherprojekte wie SANs oder geswitchte Hochgeschwindigkeitsnetze mit extrem hohen Sicherheitsanforderungen und einer schier unbegrenzten Anzahl von Geräten (bis zu 16 Millionen) ausgelegt.

Die SATA-Technik ist die serielle Weiterentwicklung des parallelen ATA (auch "IDE" genannten)-Schnittstellenstandards. SATA-Festplatten haben mit SAS-Festplatten lediglich Stecker und Kabel gemeinsam. Technisch gesehen handelt es sich bei ihnen um klassische Desktop- oder Consumer-Festplatten. Bei starken Vibrationen in großen Server-Racks steigt die Suchzeit kräftig an, und ihre ohnehin geringere MTBF orientiert sich an einer durchschnittlichen Betriebszeit von acht Stunden an fünf Tagen in der Woche. Zwar beherrschen inzwischen auch SATA-Laufwerke Funktionen wie das Native Command Queuing (NCQ), jedoch nicht in dem Umfang und mit der Leistung wie SAS-Laufwerke. Daher eignen sie sich zwar durchaus für Near-Line-Storage-Aufgaben und Einstiegs-Server, jedoch nicht für unternehmenskritische Aufgaben mit hohen Anforderungen an Zugriffsgeschwindigkeit, Ausfallsicherheit und Verfügbarkeit.

Die Speicheranforderungen im Unternehmen lassen sich nach Bedeutung der gespeicherten Daten grob in drei Kategorien aufteilen. Primäre Anforderungen an die Speicherarchitektur stellen unternehmenskritische Transaktionsdaten, beispielsweise zu Kunden und Aufträgen, deren Verlust ein hohes Risiko für das Unternehmen birgt.

Datenprioritäten

Als sekundär werden Daten eingestuft, deren Verlust die Produktivität und Geschäftsprozesse kurzzeitig unterbrechen, aber sich mit einem gewissen Aufwand ersetzen lassen. Beispiel dafür ist ein Grafikstudio: Wenn ein Rechner beim Entwurf eines Werbeplakats streikt und Daten verloren gehen, ist dies zwar lästig, bedeutet aber keinen kompletten Stillstand im Geschäftsbetrieb. Als tertiäre Daten bezeichnet man Sicherungskopien, die das Unternehmen aus rechtlichen Gründen vorhält, die aber für aktuelle Geschäftsprozesse irrelevant sind.

Jedes Unternehmen kann seine Speicherausgaben daher strategisch steuern - und je nach Speicheranforderungen in kostengünstige SATA- oder teurere SAS/FC-Technik investieren. Und hier bieten die seriellen Schnittstellen gegenüber ihren parallelen Pendants einen entscheidenden Vorteil: Obwohl für unterschiedliche Anforderungen konzipiert, teilen die beiden neuen Schnittstellenstandards wesentliche physikalische Eigenschaften, so dass beide Festplattentypen über ein gemeinsames Backplane betrieben werden können.

Der Grund dafür sind die SAS-Controller, die SATA-Platten erkennen und automatisch das richtige Protokoll, die geeignete Spannungsdifferenz und Übertragungsgeschwindigkeit einstellen. Damit lassen sich SAS- und SATA-Laufwerke in einem externen Speichersubsystem gemeinsam betreiben. Serielle Technologien bieten daher einen hohen Investitionsschutz. Allerdings gibt es im Mischbetrieb von SAS- und SATA-Laufwerken eine Einschränkung: SAS-Festplatten arbeiten nicht mit SATA-Controllern, denn zum einen passen in dieser Konstellation die Stecker nicht, zum anderen beherrschen SATA-Controller das Serial SCSI Protocol (SSP) nicht.

Für Unternehmen bedeutet die Kompatibilität zwischen den seriellen Brüdern mehr Flexibilität beim Aufbau von externen Speicherstrukturen. Daten, die zunächst unternehmenskritisch sind, verlieren mit der Zeit an Relevanz und wandern in das Nearline-System, also von teuren SAS-Laufwerken auf wesentlich günstigere SATA-Platten. Andererseits können beispielsweise kleinere Unternehmen ihre Speichersysteme zunächst in einer SATA-Sparvariante aufbauen und später mit SAS-Geräten aufstocken. Auf diese Weise lassen sich die oben beschriebenen Speicheranforderungen mittels einer einzigen Plattform realisieren: Wichtige Transaktionsdaten werden auf SAS-Festplatten gespeichert; Daten, bei denen es eher auf einen schnellen Zugriff und weniger auf Sicherheit ankommt, finden auf SATA-Laufwerken Platz. SATA-Geräte eignen sich auch für speicherintensive Daten, die übergangsweise aufbewahrt, aber aktuell nicht bearbeitet werden müssen.

Als weiterer Vorteil des neuen seriellen Bussystems ist die Entwicklung immer kleinerer Formfaktoren bei den Festplatten zu sehen. Enterprise-Festplatten gibt es bereits im 2,5-Zoll-Format, künftig sind auch noch kleinere Formfaktoren denkbar. Klein bedeutet mehr Speicher auf weniger Platz im Server-Rack - und für Unternehmen handfeste Einsparmöglichkeiten.

Parallelschwung/Umsteigen?

Bei allen technischen und betriebswirtschaftlichen Vorteilen der seriellen Festplattentechnik - Hektik ist beim Umstieg auf die neue Schnittstellengeneration nicht angezeigt. Unternehmen können ihre parallelen Speicherstrukturen auch weiterhin betreiben. Allerdings sollten sie dabei beachten, dass die parallele ATA-Technik seitens der Hersteller nicht mehr weiterentwickelt wird. Sie bleibt deswegen auf ihrer heutigen Entwicklungsstufe stehen. IT-Verantwortliche, die ihren Unternehmensspeicher ohnehin erweitern oder modernisieren wollen, sollten es halten wie beim Autokauf: Den Wagen fahren, bis er ausgedient hat - und dann das neueste Modell kaufen. Übertragen auf die Schnittstellentechnologie heißt das: Umsteigen von parallel auf seriell. (kk)