Eine neue Ära der Speichernetzwerke

am 15. Oktober 2018
In den Rechenzentren vollzieht sich weitgehend unbemerkt ein Kampf um die Zukunft der Storage-Architekturen. Auslöser dafür ist NVMe: Während Systeme mit direkt angebundenem Storage (direct Access Storage) sofort von NVMe profitieren, bleiben dezentrale Speichernetze bisher außen vor. Mit „NVMe over Fabric“ soll sich das nun ändern.

Die Bedeutung von NVMe nimmt in dem Maße zu, in dem SSDs oder hybride Systeme aus SSDs und HDDs die alten, ausschließlich aus rotierenden Platten bestehenden Speichersysteme in den Unternehmen ersetzen. Denn NVMe ist speziell für den Zugriff auf SSDs entwickelt worden und beschleunigt nicht nur den Zugriff dramatisch, sondern ist auch auf die Anforderungen in virtualisierten Umgebungen zugeschnitten, wo oft Hunderte virtueller Server auf einem physischen Server laufen.

Mit NVMe wird es möglich, für virtuelle Maschinen und Applikationen in solchen Umgebungen einen direkten Zugriff auf den SSD-Speicher zu realisieren - mit Zugriffszeiten, die nur unwesentlich über denen des RAM-Speichers liegen. Damit verschwimmt auch die Trennungslinie zwischen Arbeitsspeicher und Storage-System, die seit Beginn der elektronischen Datenverarbeitung unüberbrückbar schien. Michael Homborg, Storage-Experte bei Fujitsu Deutschland, spricht im Hinblick auf die Bedeutung von NVMe für Storage-Architekturen von einem "epochalen Schritt" und der "Bruchkante einer neuen technologischen Ära."

Überragende Zugriffszeiten, verringerte Latenz

Der Anschluss von SSDs via NVMe erfolgt über den PCIe-Bus, der heute in quasi allen gängigen Servern verfügbar ist - ohne dass dafür technische Änderungen nötig wären. Die Hardware-Hersteller tragen der Entwicklung Rechnung, indem sie ihre Server entsprechend ausstatten. So wird Fujitsu seine nächste Server-Generation mit NVMe-Einschüben ausliefern, so dass SSDs via NVMe hot-pluggable an den PCIe-Bus angeschlossen werden können. Damit bleiben die Vorteile von NVMe allerdings auf direkt angebundene SSDs beschränkt, dezentrale Storage-Systeme bleiben außen vor.

Ein Ausweg aus diesem Dilemma soll "NVMe over Fabrics"liefern. Seit Mitte der 90ger Jahre ist Fibre Channel die dominierende Technologie für Speicher-Netzwerke, die hauptsächlich als Transportmedium für das SCSI-Protokoll genutzt wird. Damit lassen sich selbstverständlich auch SSDs in dezentralen Storage-Systemen verwenden - was in den Unternehmen gängige Praxis ist. Die überragenden Zugriffszeiten, die drastisch verringerte Latenz, die parallele End-to-End-Unterstützung einzelner virtueller Workloads, die mit NVMe möglich sind, bleiben indes mit SCSI unerreichbar.

Deshalb hat die Non-Profit-Organisation "www.nvmexpress.org", die auch die Spezifikationen für NVMe via PCIe entwickelt hat, das Protokoll für Fibre-Channel (FC-NVMe) und mit "NVMe oder Fabrics" (NVMe-oF) auch für andere Verbindungstypen wie InfiniBand, RoCE und iWARP verfübar gemacht. Nahezu alle namhaften Hersteller von Storage-Systemen ebenso wie die Lieferanten von Switches und Controllern unterstützen die NVMe-Spezifikationen. Dabei müssen sich Anwender, die Speichernetze betreiben, nicht auf NVMe festlegen: "Über Fibre Channel können Storage Systeme sowohl mit SCSI als auch mit NVMe verbunden werden, beide Protokolle lassen sich parallel in einem Netzwerk betreiben", sagt Curt Hansen, CTO für EMEA beim Netzwerk-Ausstatter Brocade.

Speichernetze nicht von heute auf morgen ersetzbar

"Für die Unternehmen ist das eine gute Nachricht", sagt Fujitsu-Manager Homborg, "denn damit eröffnet sich ihnen ein Weg, ihre vorhandenen Speichernetze mit der neuen NVMe-Technologie aufzurüsten." Viele Unternehmen hätten in den letzten Jahren viel Geld und Aufwand in den Aufbau ihrer Netzwerk-Speichersysteme investiert und es gäbe nach wie vor eine Reihe guter Gründe, die vorhandene Speicherlandschaft weiter zu betreiben.

Vielmehr sei es so, dass in vielen Fällen die äußerst leistungsfähigen Speichernetze das Rückgrat der Storage-Landschaften bildeten und nicht von heute auf morgen ersetzt werden könnten. Denn die Alternative - hyperkonvergente und Software-definierte Systeme - sind nicht in allen Fällen die erste Wahl: Sie eignen sich vor allem für Anwendungsszenarien, in denen absehbar der Bedarf an Rechenleistung und Speicherkapazität zukünftig in etwa gleichem Maße ansteigen wird.

Gewachsene IT-Infrastruktur wird leistungsfähiger

Für Planung und Ausbau der Storage-Infrastruktur kommt es darauf an, die jeweils beste Speicherlösung vor dem Hintergrund der gewachsenen IT- und Anwendungslandschaft zu finden. Dabei fügt die Möglichkeit der Aufrüstung bestehender Speichernetzwerke mit NVMe eine weitere Facette hinzu: "Die Anwender können damit die Leistungsfähigkeit ihrer historisch gewachsene IT-Infrastruktur mit relativ geringem Aufwand erheblich verbessern", sagt Homborg.

Dafür seien jedoch Investitionen in die Hardware notwendig. So müssten in aller Regel die Switches erneuert werden, ebenso wie die Controller in den Servern. Allerdings steht ohnehin in vielen Unternehmen die Aufrüstung mit neuen Switches mit größerer Bandbreite auf der Agenda. Denn vielerorts sind noch Switches der vierten Generation (Gen4) mit 8 Gbps Bandbreite im Einsatz, die den steigenden Anforderungen an die Speichersysteme nicht mehr gerecht werden. Kommen jedoch in den Netzwerken schon Gen5 (16 Gbps) oder sogar Gen6 (32 Gbps) Switches zum Einsatz, ist die zusätzliche Investition auf Seiten der Hardware gering: Die beiden neuesten Generationen unterstützen bereits das FC-NVMe-Protokoll.

Keine allgemeingültige Regel, ob sich der Aufwand lohnt

Unternehmen, die Speichernetzwerke betreiben, verfügen zudem in aller Regel über ein umfassendes Know-how und ausgewiesene Storage- und Fibre-Channel-Spezialisten. Für sie ist die Aufrüstung mit NVMe auch in dieser Hinsicht keine unüberwindliche Hürde. Ob sich der Aufwand rechnet, hängt indes von einer Vielzahl von Faktoren ab und lässt sich nur vor dem Hintergrund der jeweiligen IT- und Storage-Infrastruktur ermessen.

"Es gibt hier keine allgemeingültige Regel, die Entscheidung kann so oder so ausfallen", sagt Fujitsu-Manager Homborg. "Auf jeden Fall aber sollten sich die Anwender darüber klar sein, welchen riesigen Leistungsschub NVMe für ihre Storage-Systeme bringt." Ob dann die Aufrüstung vorhandener Speichernetze oder die Anschaffung neuer HCI- oder SDI-Systeme die beste Lösung sei, müsse man mit jedem Unternehmen individuell erarbeiten.