Für jeden Zweck den richtigen Speicher!

Bereits im Jahr 2025 werden weltweit mindestens dreimal so viele digitale Daten gespeichert wie im Jahr 2020, so die Prognosen unterschiedlicher Fachgremien und Institute. Berücksichtigt man die ständig voranschreitende Digitalisierung zusammen mit aktuellen Technologie-Trends wie Blockchain, künstliche Intelligenz (KI) oder dem Internet der Dinge (IoT), wird die Datenmenge in den kommenden Jahren weiter exponentiell zunehmen.

Neue Strategien und Lösungen, um der Datenflut sinnvoll zu begegnen und relevante Informationen zu sichern, werden benötigt. Die Cloud als günstigen Speicher zu nutzen, hat sich wegen der langfristigen Kosten bereits für viele Firmen als Irrweg entpuppt. Intelligente Speichermanagementsysteme dagegen, die Daten auf Basis von KI analysieren, je nach Relevanz auf unterschiedliche Speichersysteme verteilen, ältere Daten autonom archivieren und irrelevante Daten automatisch löschen, könnten eine pragmatische Lösung für die Zukunft darstellen. Doch bis solche Lösungen in einer alltagstauglichen und vor allen Dingen bezahlbaren Weise angeboten werden, dürfte noch einige Zeit vergehen. Zeit, in der die stetig steigenden Kosten für die Datenspeicherung den IT-Budgetverantwortlichen sicherlich wenig Freude bereiten dürfte. Ein heute etablierter Lösungsansatz sind sogenannte Software-Defined-Storage-Lösungen (SDS), die in un­ter­schiedlichen Varianten und Ausprägungen die Möglichkeit bieten, unter Einbezug unterschiedlichster Speichermedien eine zentralisierte, flexible und skalierbare Speicherumgebung zu schaffen. Eine automatisierte Verwaltung erlaubt es, die eingesetzten Speicherressourcen optimal zu nutzen und die Storage-Kosten zu kontrollieren.


Der folgende Überblick über die drei wichtigsten in Unternehmensumgebungen eingesetzten Speichermedien zeigt auf, für welche Einsatzszenarien welcher Speicher (zum Beispiel auch innerhalb einer Software-Defined-Storage-Lösung) am besten geeignet ist und welche wesentlichen Vor- und Nachteile mit HDDs, SSDs und LTO-Tapes verbunden sind.

HDD – etabliert für grosse Datenmengen

Noch vor wenigen Jahren war die HDD-Festplatte der gängige Datenspeicher für Notebooks, PCs, Server und Storage-Systeme. Aufgrund der hohen Kapazitäten in Kombination mit akzeptablen Kosten pro TB und den relativ schnellen Zugriffszeiten bewährt sich die HDD heute vorwiegend in zwei Einsatzbereichen: Zum einen werden sie in vielen externen Festplatten verbaut, die für wenige Franken Terabytes an Speicherplatz für Consumer zugänglich machen. Zum anderen entwickeln die Hersteller für den Einsatz in professionellen Storage-Lösungen laufend neue Modelle mit immer grösseren Volumen. Heute sind bereits 26-TB-HDD-Festplatten verfügbar, in dritten Quartal 2023 sollen HDDs mit über 30 TB erhältlich sein und bereits in drei Jahren dürften die ersten 50-TB-HDDs auf den Markt kommen. Hauptgrund für diesen plötzlichen Schub liegt in den kürzlich erzielten Fortschritten bei der von den meisten Herstellern inzwischen präferierten HAMR-Technologie (Heat Assisted Magnetic Recording). Dieses neu entwickelte Verfahren unterscheidet sich grundsätzlich von der bisher verwendeten PMR- oder SMR-Technologie. Bei dieser bisher genutzten magnetisch aufgebauten Schreib-/Lesetechnologie scheinen die physikalischen Grenzen hinsichtlich der Speicherdichte ausgereizt. Die einzige Möglichkeit, hier noch die gespeicherte Datenmenge pro Fläche zu erhöhen, wären erheblich verkleinerte Lese-Schreibköpfe. Da jedoch bei einer geringeren Speicherfläche pro Bit auch der Magnetismus geringer ausfällt, leidet die Zuverlässigkeit erheblich.

Bei HAMR handelt es sich dagegen um eine Methode zur Erhöhung der Speicherkapazität von Festplatten durch Verwendung von Hitze. Hierbei wird ein Laser (oder Mikrowellen) verwendet, um den Datenträger sowohl beim Beschreiben als auch beim Auslesen im Nanosekundenbereich aufzuwärmen, wodurch der Magnetismus viel feiner kontrolliert werden kann. Dadurch wird eine erheblich höhere Datendichte ermöglicht.


Ein weiterer Vorteil von HAMR ist, dass es sich einfach mit anderen High-­Performance-Technologien kombinieren lässt, wie zum Beispiel mit Helium gefüllte Platten oder Multi-Actuator-Technology (MAT), bei der mehrere Lese-Schreibköpfe parallel und unabhängig voneinander agieren und so zusammen eine höhere Performance erzielen.

Fazit: HDD-Festplatten dürften uns auch in den nächsten Jahren begleiten und wohl gerade aufgrund der vielversprechenden Speicherplatzsteigerungen weiterhin einen festen Platz in Storage-Umgebungen finden. Besonders deshalb, weil trotz der F&E-Anstrengungen der Hersteller keine erheblichen Preissprünge zu erwarten sind.

SSD – die leistungsstarke Performerin

Flash-basierte Speichermedien, sogenannte SSDs (Solid-State-Laufwerke), sind heute allgegenwärtig. So sind diese in jedem neuen Computer oder Laptop genauso zur Normalität geworden wie der Einsatz in leistungsintensiven Serverumgebungen, Storage-Lösungen beziehungswesie Hochleistungs-Datencentern. Grob lassen sich die heute verfügbaren SSD-Modelle in drei Haupt-Einsatzfelder unterteilen:
- Endkundengeräte (Tablets, Kameras, Mobiltelefone)

- Client-Systeme (Netbook, Notebook, Ultrabook, AIO, Desktop-PC), eingebettet/gewerblich (Gaming Kiosk, speziell gebaute Systeme, Digital Signage)


- Enterprise-Computing-Plattformen (HPC, Rechenzentrum-Server)

Bei einer detaillierteren Betrachtung gibt es aber eine Vielzahl von SSD-Varianten auf dem Markt. Nachfolgend die gängigsten Typen:
- SATA SSDs: Dabei handelt es sich Festplatten mit der am häufigsten verwendeten Schnittstelle. SATA liefert dabei Geschwindigkeiten von bis zu 600 MB/s und die verwendeten Anschlüsse passen in das Design der meisten Notebooks und PCs, daher seine Beliebtheit. SATA gibt es auch in einer kleineren Größe, die als Mini-SATA (mSATA) bezeichnet wird. SATA ist zwar eindeutig der langsamste unter allen SSD-Typen, ermöglicht aber trotzdem eine bis zu fünf Mal schnellere Datenübertragungsrate als HDDs.

- NVMe SSDs: NVMe-SSDs (Non-Volatile Memory Express) sind mit bis zu 2600 MB/s bis zu fünf Mal schneller als SATA-SSDs und nutzen den PCI Express Bus, um Daten zu übertragen. Sie sind besonders gut für High-end-Anwendungen geeignet, bei denen es auf Geschwindigkeit ankommt.

- M.2 SSDs: Diese SSDs nutzen die M.2-Schnittstelle, die in der Regel auf neueren Motherboards zu finden ist. Sie sind klein und benötigen kein Strom- oder Datenkabel, was sie zu einer guten Wahl für ultradünne Laptops und Desktop-PCs macht.

- PCIe SSDs: PCIe-SSDs sind schnellere und teurere SSDs, die über den PCIe-Bus angeschlossen werden. Sie sind in der Regel für High-End-Anwendungen wie Gaming-PCs oder Workstations gedacht.

- QLC und TLC SSDs: Diese beiden Typen von SSDs unterscheiden sich hauptsächlich in der Art und Weise, wie sie Daten speichern. QLC (Quad-Level Cell) SSDs sind günstiger, aber auch langsamer und haben eine geringere Lebensdauer als TLC (Triple-Level Cell) SSDs. TLC SSDs sind dagegen teurer, aber auch schneller und langlebiger.

Dabei bieten SSDs je nach Einsatzszenarien folgende Vorteile:
- Geschwindigkeit: Die Lese- und Schreibgeschwindigkeit einer SSD ist gegenüber einer HDD der Hauptvorteil. So kann eine SSD heute rund zehn Mal schneller lesen und zirka 20 Mal schneller schreiben als eine herkömmliche HDD. Zudem liegt der Kopiervorgang einer HDD zwischen 30 MB/s und 150 MB/s, währenddessen eine Standard-SSD 500 MB/s liefert. Auf diese Weise sorgen SSDs für schnellere Bootzeiten, Ladezeiten für Anwendungen und Dateien (z. B. Spiele und Videos) und Datentransfer.

- Energie-Effizienz: SSDs sind viel energieeffizienter und haben einen erheblich geringeren Strombedarf als HDD-Festplatten. Da SSDs gegenüber HDDs auch viel weniger Hitze erzeugen und dadurch kaum überhitzen können, wird auch für die Kühlung weniger Strom benötigt.


- Widerstandsfähigkeit: Da in SSDs bekanntlich keine mechanischen oder beweglichen Teile verbaut sind, ist ein SSD-Speichermedium auch viel resistenter gegen Ausseneinwirkungen wie beispielsweise Vibrationen oder Stösse. Dies macht SSDs zu einem idealen Speicher für externe Speichermedien.

- Volumen und Gewicht: SSDs benötigen viel weniger Platz und sind gegenüber einer HDD-Festplatte sehr viel leichter.

Allerdings gilt es auch, folgende Nachteile zu erwähnen:
- Preis: Auch wenn SSDs in den letzten Jahren stetig günstiger geworden sind, so sind die Anschaffungskosten auch heute noch einer der Hauptnachteile gegenüber einer HDD. Insbesondere wenn man den Preis pro TB-Speicherplatz vergleicht.

- Speicherkapazität: Zwar gibt es heute schon einzelne NVMe SSDs mit einem Speichervolumen von knapp unter 8 TB. Doch die heute am meisten genutzten Modelle weisen ein Speichervolumen von 512 GB oder 1 TB auf.

- Begrenzte Schreib- und Löschzyklen: SSDs haben einen begrenzten Schreib-/Löschzyklus. Einfachere Consumer SSDs bieten eine begrenzte Anzahl von Schreib-/Löschzyklen, die zwischen 3000 und 5000 Zyklen liegen. Premium Enterprise SSDs können Schreib-/Löschzyklen von bis zu 100ʼ000 Zyklen erreichen.

Aufgrund der neusten technologischen Entwicklungen besonders im 3D-NAND-Umfeld dürfen wir uns schon bald über die kommenden SSD-Generationen freuen:
- SSDs werden immer kompakter und bieten somit grössere Speichervolumen, was sich positiv auf die Anschaffungskosten pro TB auswirkt. Die neuen Speichertechnologien wie beispielsweise 3D XPoint oder Z-NAND bieten vielversprechende Möglichkeiten.

- SSDs werden immer schneller und leistungsfähiger.

- Die Energieeffizienz wird weiter optimiert, was der SSD neue Einsatzmöglichkeiten eröffnet.

- Integrierte KI-basierte Technologien können helfen, die Speichermedien optimal zu managen und dadurch die Leistung, Zuverlässigkeit und die Lebensdauer von neuen SSDs weiter verbessern.

LTO-Tapes – Viel Speicher für wenig Geld

Die kürzlich vom LTO-Konsortium – bestehend aus HPE, IBM und Quantum – publizierten Zahlen zum globalen Verkauf von LTO-Tapes sind eindrucksvoll. Sie zeigen, dass sich dieses lange totgesagte Speichermedium einer ungebrochenen Popularität erfreut. Im Jahr 2021 wurden rekordverdächtige 8,9 Millionen LTO-Tapes weltweit verkauft. Dies entspricht einer komprimierten Speicherkapazität von unglaublichen 148 Exabytes (EB). Seit mehr als 23 Jahren haben sich LTO-Tapes hauptsächlich als Backup- und Langzeit-Archivspeicher-Storage etabliert. Dabei funktionieren die magnetisch aufgebauten LTO-Tapes bei einer sachgemässen Handhabung ausfallsicher und garantieren eine zuverlässige Datenspeicherung über sehr lange Zeiträume hinweg.
Gegenüber HDDs und SSDs bieten LTO-Tapes folgende Vorzüge:
- Kosteneffizienz: LTO-Tapes sind sehr kostengünstig. Sowohl bei der Anschaffung als auch im Unterhalt zählen sie mit Abstand zu den preiswertesten Speichermedien für digitale Daten.

- Zukunftssicher: Bei LTO handelt es sich um einen offenen, von mehreren Herstellern gemeinsam getragenen Standard. Dies minimiert die Abhängigkeit von einzelnen Herstellern und garantiert eine zukunftssichere Weiterentwicklung der Technologie. Zudem bieten LTO-Bänder eine Haltbarkeit von bis zu 30 Jahren.


- Zuverlässig: LTO-Bänder gelten, bei sachgemässer Handhabung, als äussert zuverlässig und langlebig.

- LTO-Tapes können sehr unkompliziert aufbewahrt und transportiert werden.

- Speichervolumen: LTO-Tapes bieten grosse Speichervolumen. Die neuste LTO-9-Generation kann unkomprimiert 18 TB und komprimiert sogar 45 TB speichern. Zudem können grosse Datenvolumen verhältnismässig schnell ausgelesen werden.

- Hohe Sicherheit: Neben Technologien wie der Datenverschlüsselung oder mittels WORM-Technologie unveränderbarer Datenspeicherung bieten Tapes den einzigartigen Vorteil, dass Sie ausserhalb der laufenden IT-Infrastruktur aufbewahrt werden können und so ein Cyberangreifer dank Medienbruch keinen direkten Zugriff auf gespeicherte Daten hat.

- Ökologisch vorteilhaft, da für die Aufbewahrung keine konstante Elektrizität benötigt wird. Strom wird lediglich beim Beschreiben oder Auslesen benötigt.

Auch bei LTO-Tapes gibt es aber einige Nachteile:
- Langsamere Zugriffszeiten, wenn es darum geht, gezielt gespeicherte Daten zu lokalisieren. Da LTO-Tapes sequenziell arbeiten, kann das Lesen und Schreiben von Daten im Vergleich zu HDDs erheblich länger dauern – zumindest zu Beginn. Wenn man auf eine bestimmte Datei auf dem Tape zugreifen möchte, kann es sein, dass zuerst ein Grossteil vom Band gelesen werden muss, bevor die gesuchte Datei verfügbar ist.

- Begrenzte Kapazität bei sehr starker Nutzung. LTOs bieten höhere Speichervolumen, sind aber bezüglich der Schreib-/Lesevorgänge beschränkt. Wird das Band sehr oft beschrieben oder ausgelesen, nutzt sich das Magnetband ab und kann mit den Jahren sogar reissen.

- Empfindlichkeit gegenüber Umgebungsbedingungen wie Feuchtigkeit oder starken Temperaturschwankungen. LTO-Tapes sollten deshalb sorgfältig aufbewahrt werden.

- Komplexität des Bandmanagements: LTO-Tapes erfordern eine sorgfältige Verwaltung der Katalogdaten, um sicherzustellen, dass gesuchte Daten rasch gefunden und ausgelesen werden können.

Die auf www.lto.org publizierte Entwicklungs-Roadmap für LTO-Tapes zeigt eindrücklich, was die zukünftigen fünf Generationen von LTO-Tapes bei den Speicherkapazitäten (unkomprimiert und komprimiert) bieten werden. So ermöglicht die bald verfügbare LTO-9-Generation schon ein Speichervolumen von bis zu 36 TB (90 TB komprimiert) und die Roadmap sieht vor, plus/minus alle zwei Jahre die Speicherkapazitäten der LTO-Tapes zu verdoppeln. Mit LTO 14 sollen so schon in wenigen Jahren unglaubliche Datenvolumen von bis zu 576 TB unkomprimierten beziehungsweise 1440 TB komprimierten Daten auf einem einzigen LTO-Band gespeichert werden können. In Anbetracht dessen, dass sich die Herstellungskosten kaum erheblich erhöhen, dürfte die Attraktivität von LTO-Tapes als Langzeitspeichermedium für grosse Datenmengen weiter steigern.

Auf den Mix kommt es an

Dieser Vergleich zeigt deutlich, dass es nicht den besten Datenspeicher gibt, sondern jedes Medium seine Vor- und Nachteile hat. Aus diesem Grund macht es in zeitgemässen Unternehmensinfrastrukturen heute Sinn, entsprechend den jeweiligen Unternehmensanforderungen in Bezug auf das vorhandene Datenvolumen, benötigte Zugriffsgeschwindigkeiten, Sicherheitsanforderungen sowie Kosten auf einen ausgewogenen Mix von mehreren aufeinander abgestimmten Datenspeichervarianten zu setzen.


Zudem sollte bereits bei der Anschaffung stets auch der Worst Case berücksichtigt werden: Wie müssen welche Daten gesichert werden und welches Medium lässt sich bei einem Ausfall mit Datenverlust besser, schneller oder überhaupt noch retten? Wenn das bereits im Vorfeld bedacht und im Disaster-Recovery-Plan festgehalten wird, steht einem produktiven Speichereinsatz nichts mehr im Wege.

Der Autor

Yves Eng ist Country Manager von KLDiscovery Ontrack Switzerland, das seinen Schweizer Sitz in Wallisellen hat. KLDiscovery Ontrack zählt zu den weltweit technologisch führenden Datenmanagement- und Datenrettungs-Spezialisten.