FUJITSU PRIMERGY Server Festplatten- oder Solid State Disk-Laufwerke für Server was ist am besten geeignet?

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1 White Paper FUJITSU PRIMERGY Server Festplatten- oder Solid State Disk-Laufwerke für Server was ist am besten geeignet? SATA, SAS und SSD: Zahlreiche Auswahlmöglichkeiten für ein einfaches Laufwerk? Die Auswahl der richtigen Festplatte oder SSD für Server wird in diesem White Paper erläutert - eine Hilfe für den Administrator INHALT Festplatten- oder Solid State Disk-Laufwerke für Server was ist am BESTEN geeignet? 2 Funktion einer Festplatte 2 Technische Details 4 Qualitätsfaktoren 6 Bereitstellung in Servern 6 Laufwerksklassen 8 Wahl der Konfiguration 8 Warum Festplatten von Fujitsu 9 Fazit 10 Page 1 of 10

2 Festplatten- oder Solid State Disk-Laufwerke für Server was ist am BESTEN geeignet? Bei Überlegungen zur Leistungssteigerung von Servern denkt die Mehrheit der Anwender an einen Prozessortausch, eine Erweiterung der Speicherkapazität oder eine Steigerung des I/O-Durchsatzes und der nutzbaren Bandbreite. Als eine der Hauptquellen für Rechenleistung in Servern werden Speichermedien hingegen größtenteils nicht beachtet, obwohl ihre Technologie wie auch der Markt in jüngster Zeit tiefgreifende Veränderungen erfahren haben. Die Weiterentwicklung alter und neuer Schnittstellen sowie neue Technologien für den Speicherzugriff und der dabei verwendeten Hardware sind gewichtige Gründe, warum Administratoren und IT-Managern entscheiden müssen, welche Art von Festplatte oder SSD für ihre Server am besten geeignet ist. Dieses White Paper hilft Administratoren und IT-Manager, die detaillierten Anforderungen zu verstehen und die richtige Speicherkonfiguration für ihre Fujitsu Serversysteme zu wählen. Speichermedien bestimmen, wie gut ein Server eine Anwendung oder das Netzwerk bedient, in der/dem er sich befindet. Zu diesem Zweck müssen Speichermedien nicht nur eine angemessene Geschwindigkeit und Leistung bieten. Vielmehr müssen sie sich auch durch Zuverlässigkeit, geringe Latenz, geringen Stromverbrauch und die individuelle Adaption auf Kundenanwendungen auszeichnen. Alle diese Parameter sorgen für eine optimale Konfiguration. Hauptkomponente Seit den Anfängen der Computertechnik wurden Festplatten nicht nur zur Speicherung der Betriebssysteme, Programme und Daten genutzt, sondern auch als Erweiterung des Arbeitsspeichers des Computers. Bevor wir jedoch weiter ins Detail gehen, müssen wir zugeben, dass der Begriff Festplatte nicht sehr genau definiert ist, da er sich sowohl auf Festplattenlaufwerke (abgekürzt HDDs) zur Speicherung von Daten auf Magnetplatten als auch auf solche Laufwerke bezieht, die aus Flash-Speicher bestehen und nicht mehr über bewegliche Teile verfügen. Sie werden daher als Solid State -Laufwerke (abgekürzt SSDs) bezeichnet. Im normalen Sprachgebrauch wird allerdings der Begriff Festplatte (ohne den Zusatz Laufwerk ) recht undifferenziert eingesetzt und kann sich auf beide Kategorien beziehen. In diesem White Paper versuchen wir, diese Kategorien deutlich zu unterscheiden. Funktion einer Festplatte Die Funktion einer Festplatte in einem Server unterscheidet sich von der in Desktops, Notebooks oder anderen Computern. Sie wird hauptsächlich durch die Aufgabe des Servers bestimmt. Das System ist zudem in ein Netzwerk eingebunden. Aus diesem Grund müssen Festplatten in Servern eine höhere Arbeitslast verarbeiten und eine größere Anzahl an Anwendern bedienen können als normale PCs. Anforderungen von Datenübertragungen können jederzeit abgesetzt werden und müssen mit möglichst geringer Latenz bearbeitet werden, da unvorhersehbare und sich ändernde Verzögerungen den dezentralen Anwender einer Wartezeit aussetzen würden, die er nicht tolerieren kann. Dies bedeutet, dass die Festplatte eines Servers jederzeit aktiv und funktionsbereit bleiben muss, während die Festplatte eines Desktops in den Ruhemodus geschaltet werden kann, wenn sie nicht benötigt wird. Wenn wir hier von einer Festplatte sprechen, ist das auch nicht ganz richtig: Server sollten nie mit nur einem Festplattenlaufwerk (HDD oder SSD) ausgestattet sein, sondern mindestens über zwei verfügen, die in einem RAID-Array gebündelt sind, um eine höhere Zuverlässigkeit bzw. Leistung zu bieten. Typische Anwendungen und ihre Anforderungen Bei der Auswahl von Festplatten für einen Server sind drei Hauptaspekte zu berücksichtigen: Welche Anwendungen werden auf dem System ausgeführt? Welche Daten werden gespeichert? Welche Bedeutung haben Anwendung und Daten für das Unternehmen? Technisch gesehen sollte der Schwerpunkt auf der Leistung eines Laufwerks liegen, wofür es drei Hauptindikatoren gibt: Der erste Aspekt ist die Geschwindigkeit oder die Frage, wie schnell eine Festplatte Informationen bereitstellt und speichert. Entscheidende Faktoren in diesem Zusammenhang sind die Anzahl der Eingabe-/Ausgabevorgänge pro Sekunde (kurz IOPS), die eine Festplatte bearbeiten kann, sowie die Rohdatenmengen (Payload ohne Header), die innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens übertragen werden; dies wird auch als Datendurchsatz bezeichnet. Page 2 of 10

3 Ein weiteres Kriterium im Hinblick auf Leistung ist die Latenz; also die Zeit zwischen der Anforderung von Daten und dem Moment, an dem die Daten den Anwender erreichen. Die dritte wichtige Frage lautet: Wie zuverlässig ist das Laufwerk? Die Lebensdauer kann zu einem entscheidenden Faktor werden, wenn Daten über einen längeren Zeitraum gespeichert werden und ein Zugriff darauf nach dem oder außerhalb des Produktionszyklus erforderlich ist. Typische Einsatzszenarien für Server sind: Mail-Server sind für jede Art von Kommunikation verantwortlich. Dazu gehört hauptsächlich der -Verkehr, aber auch andere Arten des Messaging. Moderne Anwendungen sind außerdem auch für die Verbindung zu mobilen Geräten oder zum Büro zu Hause verantwortlich, wo Mitarbeiter über das Internet auf Unternehmensressourcen zugreifen. Mail-Server sind eigentlich Festplattenserver, da die CPU-Auslastung keinen Engpass darstellt. Mail-Server benötigen zuverlässige Festplattenlaufwerke. Geschwindigkeit ist ebenfalls eine Voraussetzung, allerdings spielt sie hier keine so bedeutende Rolle wie in anderen Szenarien ausgenommen sind extrem umfangreiche Mail-Datenbanken, bei denen eine kurze Latenz höchste Priorität hat. Application Server führen Programme entweder für einzelne Anwender mit Büroaufgaben, für ein Unternehmen oder für zahlreiche Anwender in einem Transaktionsservice oder sogar für mehrere Millionen Anwender im Internet aus. Für diesen Einsatzbereich sind die schnellsten und zuverlässigsten Laufwerke ein absolutes Muss. Storage Server dienen hauptsächlich der Speicherung von Dateien. Sie enthalten nicht nur ihre eigenen Festplatten, sondern sind auch mit externen Arrays verbunden. Zuverlässigkeit hat in diesem Fall oberste Priorität. Storage Server werden in der Regel in verschiedenen Phasen ihrer Lebensdauer mit Daten gefüllt. Mit anderen Worten: Diese Daten können entweder für die Produktion oder andere Geschäftsprozesse lebensnotwendig sein - dann müssen sie online oder nearline vorgehalten werden - oder sie werden zur Einhaltung von Archivierungs- und Konformitätsbestimmungen aufbewahrt - in diesem Fall können sie offline geführt werden. Archivierte Informationen sind nicht weniger wichtig; der Zugriff darauf erfolgt allerdings weniger häufig, daher werden sie nicht auf sehr schnellen oder sehr leistungsstarken Laufwerken gespeichert. In der Regel sind Storage Server außerdem mit Sicherungslösungen außerhalb ihres Standorts verbunden, beispielsweise mit Bandbibliotheken, optischen Speichermedien oder anderen Einrichtungen wie Online Storage Services. Wird hingegen der Zugriff auf archivierte Inhalte häufiger erforderlich, benötigt ein Unternehmen ggf. schnellere Laufwerke oder eine Kombination aus zuverlässigen und schnellen Laufwerken. Datenbankserver speichern eine Datenbank, auf die entweder über das Netzwerk eines Unternehmens oder über das Internet zugegriffen wird. Außerdem muss die Datenbank ggf. mit speziellen Application Servern verbunden sein. Da Datenbankserver zahlreiche parallele Anfragen von verschiedenen Anwendern gleichzeitig abwickeln müssen, ist sowohl eine niedrige Latenz als auch hohe Zuverlässigkeit entscheidend. Streaming Server stellen Mitarbeitern eines Unternehmens bzw. seinen Kunden Multimedia-Dateien zur Verfügung. Anwender können auf diese Daten entweder innerhalb eines begrenzten Zeitrahmens oder rund um die Uhr zugreifen (wenn Systeme über das World Wide Web zugänglich sind). In diesem Szenario sind schnelle Laufwerke für den Zugriff auf sehr große Dateien erforderlich, um die notwendige Geschwindigkeit und Leistung zu erzielen. Virtuelle Server führen ein virtuelles Betriebssystem und eine oder mehrere virtuelle Maschinen aus, wobei auf jeder Maschine eine andere Anwendung läuft. Diese Server spielen eine ebenso wichtige Rolle wie normale Application Server oder sind sogar wichtiger, da jedes System als Host für mehrere geschäftskritische Anwendungen statt einer einzigen genutzt werden kann. Kombinierte Nutzung ist üblich, wenn ein Unternehmen nur über einen einzigen, extrem großen Server als Host verfügt oder wenn mehrere Maschinen nach außen wie eine einzige zusammenarbeiten. In diesem Fall sollten Festplatten entweder in verschiedenen Käfigen für die verschiedenen Szenarien angeordnet werden oder die am besten geeignete Festplatte sollte sich nach der Aufgabe mit dem höchsten Ressourcenbedarf richten, falls ein Anwender lieber mit einem einzigen Typ arbeitet. Page 3 of 10

4 Technische Details Wie bereits erwähnt, werden nicht immer Festplatten des gleichen Typs in Servern eingesetzt. Der erste technische Unterschied wurde bereits erwähnt: Als Speichermedium können in Servern entweder HDDs oder SSDs oder eine Mischung aus beiden eingesetzt werden. Zu den weiteren Unterschieden zählen Schnittstellentechnologie, Laufwerkgröße und interne Komponenten. Diese Faktoren bestimmen Leistung, Zuverlässigkeit und Energie-Effizienz eines Servers. HDD und SSD Lange Zeit enthielten branchenübliche Server normalerweise Festplattenlaufwerke, jetzt setzen jedoch immer mehr Hersteller, einschließlich Fujitsu, zunehmend Solid State-Laufwerke als alternatives Storage-Medium ein. Jeder Typ hat seine Vor- und Nachteile. Von Anfang an bestanden Festplattenlaufwerke HDDs aus mehreren Platten, die mit einer Magnetschicht versehen sind. Ein Lese-Schreib-Mechanismus greift auf die Daten der einzelnen Platten zu. Seit 2013 können, je nach Größe und Festplattentyp, bis zu 4 Terabyte (TB) an Informationen auf HDDs gespeichert werden. Diese konventionelle Art der Datenspeicherung bietet ein zufriedenstellendes Maß an Zuverlässigkeit, wobei die Leistung von verschiedenen Faktoren (Drehzahl, Schnittstelle, Cache-Größe) abhängt, die später erläutert werden. Die relativ neuen Solid State-Laufwerke SSDs basieren auf Flash-Speicher, im Allgemeinen der gleiche Speichertyp, der auch für SD-Karten oder nichtflüchtigen Speicher in mobilen Geräten zum Einsatz kommt. Allerdings bestehen gewisse Unterschiede zwischen einer SSD und einer SD-Karte: SD-Karten verfügen über einen anderen Controllertyp und werden vom Betriebssystem als Wechselmedien angesehen. Der größte Unterschied liegt allerdings in der Zuverlässigkeit des Speichers. Während sich SD-Karten nur zum kurzfristigen Datenaustausch eignen, weisen SSDs eine weitaus höhere Zuverlässigkeit auf und qualifizieren sich somit zum langfristigen Speichern von Daten. SSDs weisen einen wesentlich höheren Datendurchsatz als HDDs auf, allerdings variiert ihre Leistung, die größtenteils von der Art des Zugriffs abhängt. Ein direkter Vergleich von HDDs und SSDs in Benchmarks ist meist schwierig. Traditionelle HDD Benchmarks konzentrieren sich zumeist auf Gebiete in denen HDDs Schwierigkeiten aufweisen, wie z.b. Rotations-Latenz und Suchzeiten. Da SSDs weder rotieren noch lokale Daten suchen müssen, erscheinen sie in diesen Tests um ein Vielfaches besser als HDDs. Damit bieten SSDs in den meisten Anwendungsszenarien wesentlich bessere Leistungswerte als HDDs. Daneben konnte die in der Anfangszeit der SSD noch recht kurze Lebenserwartung der Laufwerke in den letzten Jahren stetig ausgebaut werden. Die von Fujitsu angebotenen SSDs sind natürlich perfekt für den langfristigen Einsatz in Servern geeignet. Schnittstelle Von den zahlreichen, auf dem Markt erhältlichen Schnittstellen sind nur drei Arten für Server von Bedeutung. SATA (Abkürzung für: Serial Advanced Technology Attachment) ist der Nachfolger des parallelen ATA (PATA)-Systems. Aufgrund seines Einsatzes für den seriellen Datentransport ist SATA wesentlich schneller als die parallele Verbindung. Während PATA eine maximale Geschwindigkeit von 133 Megabyte pro Sekunde (MB/s) bot, erreicht der aktuelle SATA-Standard 600 MB, was eine Rohbandbreite von 6 Gigabit pro Sekunde (Gbit/s) pro Festplatte bedeutet. Ideal sind SATA Festplatten, wenn der Fokus auf preisgünstiger, solider Lese-/Schreibgeschwindigkeit liegt. SAS ist die Abkürzung für Serial Attached SCSI. Dieser Begriff deutet schon auf den Begründer der modernen Server-Schnittstellen, der SCSI (Small Computer System Interface), hin. SAS verwendet den gleichen Befehlssatz wie SCSI und passt ihn an eine schnelle serielle Verbindung an. Die Schnittstelle bietet eine Bandbreite von 6 Gbit/s, wodurch ein Durchsatz 600 MB/s pro Festplatte möglich wird. Das SAS Protokoll bieten damit den Vorteil eines stabileren und schnelleren Protokolls was für eine höhere Nutzdatenrate, bessere Störsicherheit und die Möglichkeit zur Dual-Port Anbindung von Speicherträgern für einen Clusterbetrieb sorgt. SAS Datenträger sind also immer dann gefragt, wenn der Fokus auf hohen Durchsatzraten und bester Zuverlässigkeit liegt. PCIe SSDs werden nicht über die herkömmlichen SATA oder SAS Controller sondern direkt am PCIe Bus des Server Systems angebunden. Dadurch werden die durch die SAS/SATA Schnittstelle limitierten Übertragungsgeschwindigkeiten weit übertroffen. Die von Fujitsu angebotenen PCIe SSDs von Fusion-io erreichen entsprechend 1,5 GB/s. Aufgrund der Anbindung der SSDs direkt über den Systembus sind PCIe SSDs allerdings nicht boot-fähig. Weitere Informationen: White Paper: Performance Report PCIe SSDs iodrive2 Page 4 of 10

5 Der für Administratoren interessante Fakt: SAS ist abwärtskompatibel mit SATA, d. h. sowohl SATA- als auch SAS-Laufwerke können mit einem SAS-Controller verbunden werden. Allerdings funktioniert dies nicht umgekehrt: SAS-Laufwerke können nicht an SATA-Host-Adapter angeschlossen werden. Um die besten Ergebnisse zu erzielen, sollten zukunftsorientierte Administratoren jedoch alle Server mit SAS-Controllern ausstatten, selbst die, die nur SATA-Laufwerke enthalten. Auf diese Weise können sie problemlos auf SAS-Laufwerke umsteigen, falls die Leistungsanforderungen wachsen. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig, da eine Aufrüstung der Controller auch in einem laufenden System problemlos möglich ist. Größe Die Größe der in einem Server verbauten Laufwerke bestimmt sowohl seine Speicherkapazität als auch seine Energie-Effizienz. Im Moment stehen Kunden drei verschiedene Formfaktoren zur Auswahl, von denen nur zwei 3,5 Zoll und 2,5 Zoll für Server relevant sind. 3,5 Zoll ist der am weitesten verbreitete Formfaktor für HDDs. Nur Laufwerke dieser Größe können die zuvor erwähnte maximale Datenmenge von) 4 TB (Stand April 2013) aufnehmen. Bei hohen Speicheranforderungen sind daher 3,5-Zoll-HDDs allgemein eine empfehlenswerte Lösung. Sie weisen allerdings einen höheren Stromverbrauch als die kleineren 2,5-Zoll-Laufwerke auf. SSDs sind mit diesem Formfaktor nicht erhältlich. 3,5-Zoll Festplatten zeichnen sich durch eine hohe maximale Kapazität und einen günstigen Preis aus. Somit bieten sie den besten Preis pro GB. 2,5 Zoll ist ein üblicher Formfaktor für HDDs und SSDs. Obwohl diese Laufwerke nur einen Zoll kleiner sind, verbrauchen sie weit weniger Energie als 3,5-Zoll-Festplattenlaufwerke. In 2,5-Zoll-Laufwerken können bis zu 1 TB Daten pro Laufwerk gespeichert werden. Daher werden vier Laufwerke benötigt, um die oben genannte Kapazität von 4 TB zu erreichen. 2,5-Zoll-Festplatten sind im Vergleich zu ihren größeren Pendants nicht nur stromsparend, sie bieten auch durch den Betrieb im Verbund aus mehreren Datenträgern beste Lese- und Schreibgeschwindigkeit. Damit sind sie optimal für grüne Einsatzszenarien und höchste Performance geeignet. Den Herstellern von Festplatten gelingt es die maximale Kapazität der Laufwerke ständig zu erhöhen. Sobald neue Festplatten lieferbar sind, werden sie direkt von Fujitsu als Option angeboten. Interne Komponenten Befasst man sich intensiver mit dem Thema, stellt man fest, dass sich HDDs und SSDs in der Art und Weise unterscheiden, wie sie Informationen speichern. Daten auf einer HDD werden auf Platten Platten gespeichert eigentlich mit magnetisierbarem Material beschichtete Glasscheiben. Je höher die Dichte der jeweiligen Platte und je mehr Platten ein Laufwerk enthält, desto höher ist seine Kapazität. Alle Platten drehen sich mit einer bestimmten, in Umdrehungen pro Minute (U/Min) gemessenen Geschwindigkeit, die ihre Bandbreite, Zugriffszeit und auch ihren Stromverbrauch bestimmt. Server für hohe Leistungsanforderungen sind in der Regel mit Festplatten ausgestattet, deren Geschwindigkeit bei 7.200, oder U/Min liegt. Schnellere Laufwerke verbrauchen nicht nur mehr Strom, sondern benötigen auch angemessene, erweiterte Kühlmechanismen. Ein anderes Problem sind Schwingungen: Wenn sich die Festplatten in einem Käfig mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen, können sie einen ordnungsgemäßen Betrieb beeinträchtigen, da sie untereinander die Schreibzyklen stören. Aus diesem Grund sollten alle Laufwerke, die im gleichen Bereich arbeiten, immer die gleiche Drehgeschwindigkeit (und das heißt: die gleiche Schnittstelle) aufweisen. Werden Laufwerke mit verschiedenen Geschwindigkeiten oder Schnittstellen in einem Server mit unterschiedlichen Einsatzbereichen (siehe Tabelle am Ende dieses White Paper) kombiniert, sollten sie immer in verschiedenen Käfigen untergebracht werden. SSDs haben keine beweglichen Teile, sie speichern Informationen in Flash-Speicherzellen Speicherzellen. Die von Fujitsu durchgeführten Tests zeigen eine IO Performance Verbesserung um den Faktor 100 besser als bei Festplattenlaufwerken. Zugleich weisen sie nur ein Fünftel des Stromverbrauchs auf - hauptsächlich, weil kein Motor laufen muss, wenn das Laufwerk inaktiv ist. Durch den Verzicht auf bewegliche Komponenten unterliegen SSDs damit keinem mechanischen Verschleiß und sind gegenüber Hitze und Vibrationen unempfindlich. Ein Nachteil von SSDs ist allerdings ihre eingeschränkte Lebensdauer. Während HDDs durch mechanische Abnutzung altern, ergibt sich bei SSDs dieser Verschleiß durch einen elektrischen Effekt. Lesevorgänge von intakten Flashzellen sind zwar unbegrenzt möglich, jedoch kann eine Flashzelle je nach Qualität etwa bis Schreibvorgänge absolvieren. Danach ist das Auslesen von Informationen nicht länger zuverlässig. Vor allem in der Anfangszeit der SSDs bereitete der schnelle Verschleiß Probleme. Dem wirken seit einigen Jahren Wear-Leveling -Verfahren entgegen. Der Controller im Flashlaufwerk verteilt Schreibvorgänge auf alle Speicherzellen so, dass jede möglichst gleich häufig beschrieben wird. Dieses Verteilungsverfahren führt zu einer Lebensdauer, die konventionellen Festplatten nahe kommt oder sie übertrifft. Page 5 of 10

6 Kapazität Das Hauptmerkmal jedes Festplattenlaufwerks (HDD oder SSD) ist seine Kapazität. Wie bereits erwähnt, können 3,5 SATA HDDs bis zu 3 TB speichern; 2,5 SATA HDDs sind mit einer Kapazität bis zu 1 TB und SSDs mit bis zu 400 GB erhältlich. Es ist jedoch nicht immer ratsam, die größten Laufwerke zu wählen, um eine bestimmte Kapazität zu erreichen. Wie später erläutert wird, dürfen Festplatten nie einzeln in einem Server eingesetzt werden, sondern sollten in Gruppen von mindestens zwei Geräten zusammengefasst werden, um einen zuverlässigen Betrieb sicherzustellen. Wenn zum Beispiel geplant ist, einen Server mit insgesamt 2 TB auszustatten, ist es weitaus besser, vier 1-TB-Laufwerke zu kaufen und sie in einer RAID-Konfiguration anzuordnen. Auf diese Weise führt der Ausfall eines Laufwerks nicht zu Datenverlusten. Dies ist der Grund, warum Speicherkapazitäten von Serverlaufwerken normalerweise geringer sind als die der Desktop-HDDs. Die Standardkapazität von Einzel-Serverlaufwerken liegt in einem Bereich von 146 GB bis 900 GB in 2,5- und 3,5-Zoll-SAS HDDs, von 250 GB bis 1/4 TB in 2,5- und 3,5-Zoll-SATA HDDs und von 100 bis 400 GB bei SSDs (nur 2,5 Zoll SAS/SATA). Qualitätsfaktoren Bei der Auswahl der richtigen Laufwerke für einen Server sollte man die folgenden wesentlichen Eigenschaften im Auge behalten: Die Lebensdauer einer Festplatte lässt sich schwer einschätzen, allerdings versuchen Hersteller ihren Kunden eine Hilfestellung durch die Angabe eines Werts zu geben, der so genannten MTBF. Die Abkürzung steht für mean time between failures (mittlere Betriebszeit zwischen Ausfällen) und bezeichnet einen Zeitpunkt, nach dem das Laufwerk wahrscheinlich ausfällt. MTBF wird in Stunden gemessen, daher ist der Wert stets enorm. Allerdings ist zu beachten, dass die Zahl lediglich einen statischen Wert darstellt, der kein Garant dafür ist, dass das Laufwerk nicht schon vor Ablauf dieses Zeitraums ausfällt. Abgesehen von den Werten für Rohkapazität und Leistung sollten Kunden beachten, dass die meisten Serverlaufwerke außerdem im Dauerbetrieb einsetzbar sein müssen oder deutlicher gesagt: sie müssen in der Lage sein, im Dauerbetrieb ohne Unterbrechung zu laufen. Fujitsu verkauft nur solche Laufwerke, die diese Bedingungen erfüllen. Im Gegensatz dazu wird die MTBF für Desktop-HDDs auf der Grundlage eines 8-Stunden-Betriebs pro Tag angegeben. Die aktuell von Fujitsu vertriebenen SSDs sind so ausgelegt, dass sie grundsätzlich den Garantieraum des Server Systems abdecken. Das bedeutet, für SSDs gilt uneingeschränkt die Systemgarantie. Um die technische Lebenserwartung der SSDs besser zu beurteilen zu können, müssen die DWPD (Device Writes per Day, also wie oft das Speichermedium am Tag beschrieben werden kann) betrachtet werden. Die von Fujitsu angebotenen SSDs auf MLC (Multi Level Cells) Basis sind auf 10 DWPD über fünf Jahre ausgelegt. Eine höhere Belastbarkeit von 50 DWPD über fünf Jahre bieten SSDs mit SLC (Single Level Cells) Technologie. Bei der Weiterentwicklung der Flash-Technologie zeichnet sich ein Trend zur kostengünstigeren MLC Technologie ab. Eine Besonderheit von SSDs ist ihre eingeschränkte Aufrechterhaltung von gespeicherten Daten im ausgeschalteten Zustand (Data Retention). Wird eine SSD aus einem Server entfernt und z.b. als Backup in den Schrank gelegt, bleiben die darauf gespeicherten Informationen im besten Fall zehn Jahre bestehen. Faktoren wie z.b. die Flash Technologie (SLC / MLC), die bisherige Nutzungsintensität (DWPD) oder auch die Umgebungstemperatur wirken sich verkürzend auf die Speicherdauer aus. Die minimale Speicherdauer bezogen auf die jeweilige prognostizierte Lebensdauer beträgt bei SLC SSDs 6 Monate und bei MLC SSDs 3 Monate. Um sicherzustellen, dass alle HDDs und SSDs diese Bedingungen erfüllen, müssen sie strikten Tests unterzogen und entsprechend zertifiziert werden und dies ist der Fall bei allen Laufwerken, die Fujitsu in seinen PRIMERGY Servern verbaut. Daher ist jedes Laufwerk die beste Lösung für den vorgesehenen, speziellen Einsatzbereich. Bereitstellung in Servern Eigenschaften und Qualität der einzelnen Laufwerke machen nur die Hälfte ihrer Leistung in einem Server aus. Die andere Hälfte hängt davon ab, wie gut das Zusammenspiel der Laufwerke funktioniert: Wie bereits erwähnt, sollten Festplatten in Servern im Gegensatz zu Desktop- und mobilen Systemen nie einzeln eingesetzt werden. Stattdessen sollten sie über Host-Adapter miteinander verbunden werden, um die erforderliche Redundanz über RAID-Konfigurationen sicherzustellen. Um den optimalen Durchsatz zu erreichen, sollten diese Controller außerdem mit ausreichend Cache-Speicher ausgestattet werden. Page 6 of 10

7 RAID-Konfigurationen RAID steht für Redundant Array of Independent Disks und beinhaltet ein logisches System zur Spiegelung und zum Striping von Daten über mehrere Laufwerke hinweg, um kürzere Zugriffszeiten und höheren Datenschutz zu erreichen. Zurzeit bestehen 12 so genannte RAID-Level Level, die unterschiedliche Redundanzstufen und Sicherheitsebenen bieten; bei allen müssen jedoch gewisse Kompromisse im Hinblick auf Kapazität und Geschwindigkeit in Kauf genommen werden. RAID 0, 1 (einschließlich Derivative), 5 und 6 sind die am häufigsten vertretenen Konfigurationen. RAID 0 (Striping) verteilt Daten über mehrere Festplatten, sodass deren volle Kapazität ausgenutzt und die gesamte Lese-/Schreibgeschwindigkeit verbessert wird. Der Nachteil von RAID 0 ist, dass es keinen Datenschutz bietet: Alle Informationen auf allen Festplatten gehen verloren, wenn eine Festplatte ausfällt. RAID 1 (Mirroring) dupliziert Informationen über die einzelnen Festplatten im Array hinweg und bietet somit vollständige Redundanz. Auf zwei oder mehr Festplatten werden gleichzeitig und immer völlig identische Daten gespeichert. Solange eine Festplatte funktionsfähig bleibt, gehen keine Daten verloren. Die Gesamtkapazität des Array entspricht daher der Kapazität einer Festplatte. Zu jedem gegebenen Zeitpunkt ist jede Festplatte im Array ist völlig identisch mit jeder anderen Festplatte im Array. Nachteil: Man kann nur 50 Prozent der reinen (oder nominellen) Speicherkapazität nutzen, die andere Hälfte wird für Mirroring verwendet, d. h. Speicher-Arrays müssen immer doppelt so groß wie die Menge der zu speichernden Daten sein. RAID 10 (Mirroring mit Striping) kombiniert RAID 1 und RAID 0 und benötigt daher vier Festplatten. RAID 1E spiegelt einzelne Datenblöcke auf den folgenden Festplatten. Für RAID1E ist eine ungerade Anzahl an Festplatten erforderlich. Ein Datenverlust ist nur beim Ausfall von zwei hintereinander liegenden Festplatten (oder der ersten und letzten in einer Festplattenkette) möglich. Die nutzbare Kapazität entspricht der Hälfte der Nennkapazität. RAID 5 (Striped-Festplatten mit Parität) kombiniert mindestens drei Festplatten, sodass ein Datenverlust beim Ausfall einer beliebigen Festplatte verhindert wird. Die Speicherkapazität des Array ist daher um eine Festplatte reduziert; mit anderen Worten: eine Festplatte pro RAID-Array stellt die Redundanz sicher. Bei einem Ausfall von mehr als einer Festplatte wird ein Datenverlust nicht verhindert. RAID 6 (Striped-Festplatten mit doppelter Parität) kann den Ausfall von zwei Festplatten ausgleichen. Cache Ein wichtiges Mittel, die Geschwindigkeit zu erhöhen, ist ein angemessen dimensionierter Controller-Cache. Er fungiert als Puffer für die großen Mengen an Lese-/Schreiboperationen, die Festplatten ausführen müssen. Ein Cache sollte selbst dann vorgesehen werden, wenn die Anzahl dieser Operationen geringer ist. Aus Sicherheitsgründen ist eine Notstromversorgung (BBU, Battery Backup Unit) normalerweise im Controller enthalten, sodass nicht geschriebene Daten im Cache bei einem Stromausfall nicht verloren gehen. Ein Schreib-Cache in Festplatten sollte dagegen nur dann benutzt werden, wenn diese per Notstromversorgung abgesichert sind. SSDs dagegen besitzen eine interne Notstromversorgung, die einen internen Schreib-Cache ausreichend versorgen und so den Abschluss aller Schreiboperationen auch bei Stromausfall sicherstellt. Der richtige Controller Bei der Auswahl von Controllern sollten nicht nur gegenwärtige, sondern auch zukünftige Anforderungen berücksichtigt werden. Neben einer SAS-Schnittstelle und ausreichend Cache sollten sie auch über eine angemessene Anzahl an Ports verfügen, damit eine steigende Anzahl an Laufwerken gemäß den wachsenden Anforderungen eines Unternehmens eingebunden werden kann. Fujitsu achtet stets darauf, dass die Controller in einem System über genügend Ports verfügen oder dass ein geeigneter SAS-Expander auf der Backplane installiert ist. Einige PRIMERGY Server verfügen über einen onboard SATA RAID-Controller, mit einer maximalen Übertragungsgeschwindigkeit von 3/6 Gbit/s. Falls höhere Geschwindigkeiten benötigt werden kann bei Bedarf ein leistungsstarker SAS-Controller nachgerüstet werden. Nicht-RAID-Controller sollten für den Anschluss von Bandlaufwerken oder externen Speichereinheiten eingesetzt werden, da diese über eigene RAID-Controller verfügen. Page 7 of 10

8 Laufwerksklassen Um all diese Aspekte unter einen Hut zu bringen und die Entscheidungen für Kunden zu erleichtern, hat Fujitsu mehrere Festplattenklassen festgelegt: Economic (ECO): Die Laufwerke dieser Klasse zeichnen sich durch einen niedrigen Stückpreis aus. Allerdings eignen sie sich aufgrund ihrer Leistung/Performance und Zuverlässigkeit nur für Anwendungen auf Einstiegsebene. Sie sollten in nicht kritischen Bereichen mit einem niedrigen I/O-Aufkommen und mit moderaten Geschwindigkeits-Anforderungen eingesetzt werden, da höhere Arbeitslasten ihre Zuverlässigkeit beeinträchtigen können. ECO-Laufwerke weisen Geschwindigkeiten von 5,4/7,2K U/Min auf und sind mit einer SATA-Schnittstelle ausgestattet. Business Critical (BC) oder Nearline: Die Laufwerke dieser Klasse bieten die höchste Kapazität bei niedrigsten Kosten pro GB; sie sind auf gute Leistung und angemessene Zuverlässigkeit ausgelegt. BC-Laufwerke können, je nach Einsatzbereich des Servers, mit einer SASoder SATA-Schnittstelle ausgestattet sein und bieten eine Geschwindigkeit von 7,2K U/Min. Falls höchste I/O-Durchsatzraten erforderlich sind, sollten alternativ Enterprise HDDs oder SSDs eingesetzt werden. Enterprise (EP): Laufwerke dieser Klasse bieten maximale Leistung und Zuverlässigkeit. Sie sind für maximale Arbeitslasten und höchsten Durchsatz ausgelegt. In dieser Klasse ist SAS die Schnittstelle der Wahl, und die Rotationsgeschwindigkeiten liegen bei 10/15 K. SSD Enterprise Performance / Mainstream: Bieten die beste Leistung und Ausdauer im Bereich der SSDs und sind somit prädestiniert für den Einsatz in Systemen mit den höchsten Anforderungen an I/O-Durchsatzraten. Aktuell wird zwischen Enterprise SSDs Performance und Mainstream unterschieden. Enterprise Performance SSDs (SLC oder MLC Technologie) bieten durch die Verwendung der SAS-Schnittstelle beste I/O-Durchsatzraten. Dagegen bieten Enterprise Mainstream SSDs (MLC Technologie) mit SATA-Schnittstelle einen günstigeren Stückpreis. Wahl der Konfiguration Die Entscheidung für die richtige Festplattenkonfiguration ist ein grundlegender Faktor für die langfristige Leistung eines Servers. Die richtigen Laufwerke müssen eine angemessene Funktion des Servers ermöglichen. Die folgende Tabelle verdeutlicht, welche Laufwerke und Schnittstellen für welche Einsatzszenarien verwendet werden sollten. Einsatz des Servers Bedeutung der Daten Entscheidende Leistungsfaktoren Hoch Mittlere Geschwindigkeit, niedrige Latenz Laufwerkklasse und -typ Schnittstelle/Controller Anmerkungen BC HDD/SSD SATA Kombinierter Einsatz von HDD und SSD bei extrem umfangreicher Mail-Datenbank Anwendung Hoch Hohe Geschwindigkeit EP HDD/SSD SAS SATA für SSD, die mit einem SAS-Controller verbunden ist; Kombination mit NAS oder DAS dringend empfohlen Datenbank Hoch Niedrige Latenz EP SSD oder HDD SAS (SATA auf der Seite des SSD-Laufwerks) Storage Von niedrig nach hoch Mittlere Geschwindigkeit, niedrige Latenz, je nach Häufigkeit des erforderlichen Zugriffs auf die Datenbank und Benutzer ECO, SSD oder HDD für Online- oder Nearline-, HDD für Offline-Pflege SAS 2 für Online- oder Nearline-, SAS 1 oder SATA für Offline-Pflege SATA SSD, mit einem SAS-Controller verbunden; SAS SSD falls zutreffend oder SSD/HDD-Kombination für niedrige Latenz Kombinierter Einsatz von SAS und SATA, allerdings nicht in einem gemeinsamen RAID-Array; Sicherungs- oder separates Medium bzw. Standort dringend empfohlen Streaming Mittel Hohe Geschwindigkeit BC HDD SATA oder SAS Hochleistungs-SATA-Laufwerke reichen ggf. aus, da die Page 8 of 10

9 Geschwindigkeit hoch ist, der Zugriff jedoch überwiegend sequenziell erfolgt Virtuell Hoch Hohe Geschwindigkeit EP HDD SAS Aufgrund der hohen Anzahl an zufälligen Schreiboperationen wird von SSDs abgeraten Mail- und Anwendungen kombiniert Mail, Anwendungen, Speicherung kombiniert Hoch Hoch und niedrig Hohe Geschwindigkeit, niedrige Latenz Je nach Einsatz in jedem Bereich, siehe oben BC oder BC und EP, SSD und HDD BC oder EP SSD oder HDD für Mail und Anwendungen, HDD für Datenspeicherung SAS SAS 2 für Mail und Anwendungen, SAS oder SATA für Datenspeicherung Ein RAID-Array für jeden Einsatzbereich empfohlen Ein RAID-Array für Mail und Anwendungen, ein weiteres für Datenspeicherung empfohlen Weitere Informationen: White Paper: Performance einzelner Festplatten Warum Festplatten von Fujitsu Vielleicht werden Sie sich fragen, warum Sie statt Festplatten und SSDs von Fujitsu nicht auch generische Laufwerke aus dem Zubehörhandel verwenden können. Tatsächlich gleicht ein Laufwerk optisch dem anderen. Doch entscheidend für die Sicherheit Ihrer Daten und die Performanz Ihrer Systeme sind die nicht offensichtlich sichtbaren Unterschiede. Der einzige Unterschied der Ihnen gleich ins Auge fällt ist im Fall von gewünschter hot-plug Funktion natürlich der Fujitsu Laufwerkskäfig. Er sorgt dafür, dass Festplatten und SSDs im Fehlerfall und bei Hochrüstung leicht entfernt und eingesetzt werden können. Auch sehen Sie an den Kontrollleuchten an der Vorderseite sofort den Status des Datenträgers. Lese-/Schreibaktivität, Leerlauf oder Fehler erkennen Sie bereits am Blinken der Leuchten. Doch die wichtigsten Unterschiede sieht man den Laufwerken nicht an. So werden neue Laufwerke in den Zielsystemen zunächst bis ins Detail getestet, geprüft und auf die PRIMERGY Server angepasst. Im ersten Schritt wird die Firmware des Laufwerks zusammen mit dem Hersteller auf die Anforderungen in PRIMERGY Servern angepasst. Das beinhaltet neben dem Setzen von Parametern auch die Aktivierung von spezieller Firmware die eigens für Fujitsu entwickelt wurde. Alle bei späteren Tests festgestellten Probleme werden direkt in dieser modifizierten Firmware korrigiert. Übrigens erhält generische Firmware diese Anpassungen im besten Fall erst mit einiger Verzögerung durch den Laufwerkslieferanten. Im nächsten Schritt werden die Laufwerke diversen Schock-, Vibrations- und Temperaturtests unterzogen um mechanische Schwachstellen aufzudecken. Dauerlauftests dagegen simulieren den langjährigen Einsatz der Datenträger. Zusätzliche Kontrollen garantieren, dass die definierten Lese- und Schreibgeschwindigkeiten auch tatsächlich erreicht werden. Haben die Laufwerke diese Tests überstanden, werden sie abschließend direkt im Zielsystem getestet und zertifiziert. Natürlich werden Laufwerke nicht nur im Vorfeld für die Validierung getestet. Auch nach erfolgreicher Zertifizierung werden die Komponenten einem kontinuierlichen Wareneingangstests (Stichprobentest nach AQL) unterzogen. Hier werden zunächst 100 % der angelieferten Datenträger getestet. Werden bei diesen ersten Tests keine Mängel ermittelt, verkleinert sich das Stichprobenlos später auf 10 % der angelieferten Komponenten. Treten bei späteren Kontrollen wieder Fehler auf, wird die Anzahl der getesteten Komponenten erneut erhöht. Selbst nach der Auslieferung der Laufwerke beobachtet Fujitsu die Gründe und die Häufigkeit in der Fehler dem Fujitsu Service gemeldet werden. Dies ermöglicht es frühzeitig mit z.b. einer angepassten Firmware Probleme zu vermeiden. Entschließen Sie sich nach einiger Zeit Ihre Speicherkapazitäten aufzustocken erhalten Sie von Fujitsu noch mindestens drei Jahre kompatible Festplatten und SSDs. Denn auch neue Laufwerke werden für alte Systeme getestet und zertifiziert. Sie sehen: Mit Festplatten und SSDs von Fujitsu erhalten Sie nicht nur geprüfte Qualität sondern profitieren zusätzlich vom langjährigen Know-How unserer Experten bzgl. Speichertechnologie und bei der Systemintegration. Angefangen von der ersten Zertifizierung neuer Laufwerke, über den Feinschliff der Firmware bis hin zur Qualitätskontrolle einzelner Lieferungen unternimmt Fujitsu alles um Ihnen beste Performance und höchste Ausfallsicherheit zu garantieren. Page 9 of 10

10 Bitte beachten Sie, dass von Fujitsu nicht freigegebene Komponenten sich auf Ihre Garantie auswirken können. Garantiebestimmungen: Fazit Die Auswahl der richtigen Festplatten oder SSDs für die Server in Ihrem Unternehmen ist keine einfache Aufgabe. Neben den technischen Anforderungen müssen Administratoren und IT-Manager Aspekte wie geringen Investitionsaufwand und niedrige Gesamtbetriebskosten berücksichtigen, um die beste Lösung für ihr Netzwerk zu finden. Die Optionen sind zwar nicht unendlich, aber doch zahlreich genug und die Berater von Fujitsu stehen Ihnen gerne mit Rat und Tat zur Seite. KONTAKT FUJITSU Technology Solutions Website: Alle Rechte vorbehalten, einschließlich Rechten an geistigem Eigentum. Änderungen bei den technischen Daten vorbehalten. Lieferung unter dem Vorbehalt der Verfügbarkeit. Haftung oder Garantie für Vollständigkeit, Aktualität und Richtigkeit der angegebenen Daten und Abbildungen ausgeschlossen. Wiedergegebene Bezeichnungen können Marken und/oder Urheberrechte sein, deren Benutzung durch Dritte für eigene Zwecke die Rechte der Inhaber verletzen kann. Weitere Informationen finden Sie unter: ts.fujitsu.com/terms_of_use.html Copyright Fujitsu Technology Solutions GmbH 2010 Page 10 of 10