Speichertrends im Zeichen von

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1 Speichertrends im Zeichen von Cloud Computing Technologische Standortbestimmung und Ausblick Norbert E. Deuschle

2 Welcome to the Cloud... Die Grundlage für erfolgreiche Cloud Computing-Geschäftsmodelle bilden partnerschaftliche Beziehungsgeflechte auf der Basis des Vertrauens in Netzwerke* * 2

3 Cloud Computing Abrechnungerfolgt nutzungsabhängig, nur tatsächlich genutzte Dienste werden bezahlt (pay per use) Vorteil 1: Langfristige Entkopplung von der technischen Marktentwicklung Vorteil 2: Geringere Betriebskosten Automatisierte Bereitstellung basiert auf der Kombination von virtualisierten Rechenzentren und Webservices Vorteil: Unterstützt langfristig den Trend zu durchgängigen End-to-End Services für IT und TK (s.a. McKinsey Cloud Studie) 87% aller Befragten der europäischen IT-Führungsebene nutzen bereits Virtualisierungskonzepte und über 50% planen entsprechende Maßnahmen in den nächsten 12 Monaten Nachteil (aus Cloud Sercive Provider-Sicht): 60% aller Befragten setzen auf Eigenbetrieb (s.a. PAC-Studie zu Virtualisierung, 2010) 3

4 Cloud Computing -Erfolgsfaktoren Private Cloud Public Cloud Management Standards Allianzen Rechenzentrum E r f o l g s f a k t o r e n -Security- und Business-Risk-Management -Integration in IT und Geschäftsprozesse -Kontrolle über IT Governance-, Audit-Prozesse -Flexibilität bei der Auswahl der Cloud Provider -Service-Lifecycle-Management 4

5 Cloud Computing Kritische Erfolgsfaktoren: Elastizität, Skalierbarkeit, Netzwerk, Sicherheit, Prozesse -> lineare Wertschöpfungskette wandelt sich zum globalen, komplexen und dynamischen Wertschöpfungsnetzwerk. Quelle: IDC Benefits = Kombination aus Umsatzsteigerung, sinkenden Kosten + höherer Produktivität 5

6 Cloud Computing Elastic Block Storage (EBS) Disk-like Zugriff von Elastic Cloud Computing (EC2) virtual machines in der Cloud Simple Storage Service (S3) Object-like; URL-addressed Zugriff über S3-aware Apps im DataCenter 6

7 Cloud Computing Markt in GY Quelle: BITKOM, Okt

8 Cloud Storage Was ist Cloud Storage? Stellt (virtualisierten) Speicher on demand über das Web zur Verfügung. Grundlage ist ein request for a given quality of service (QoS) Anforderungen an Cloud Storage: Elastizität, Preis, Skalierbarkeit, Verfügbarkeit, Performance (Disk, Netz, Adapter), Backup virtueller Ressourcen usw. => Illusion der unendlichen Ressource, die ohne jegliche Verzögerung an den tatsächlichen Bedarf angepasst wird... 8

9 Herausforderung für Cloud Storage Critical Success Factors: Fehlende Standards im Bereich Data-& Storage Management (siehe auch: SNIA, DMTF zu CDMI, Cloud Data Management Interface) Objekt (Soft-/Hard Data Container-Model) Datenwachstum Energieverbrauch Technologie-Restriktionen Halbleiter (Fertigung, Größe, Hitze) HDD, SDDs (Latency, Roadmap) High-Density-Blades (Kühlung) Netzwerke (Kosten, Latency) 9

10 Cloud Storage = Disruptive The challenge in storage has always been how it is managed. Features change.. but the only constant is how to deal with growing storage environments Quelle: The Enterprise Strategy Group 10

11 Energieverbrauch (RZ) DataCenter- Stromverbrauch (US) Trend Mrd. KWh p.a. Effizienzoptimiert Best Practice Technisch möglich Technologie & Innovation Quellen: Report to US Congress on Server & DataCenter Energy Efficiency, Koomey 2008 ww datacenter electricity used/ submitted to Environmental Research Letters May. 11

12 Energieverbrauch (Cloud-)Storage CAPEX Power, Cooling Beschaffungs- Kosten (rel.) Strom- Verbrauch (%) MAID! Tier 1 HDD SAS, FC Tier 2 HDD SATA Tier 3 LTO Tape 12

13 Technologie-Restriktionen (1) Backup komplexer virtueller Landschaften Bisher -> 4 oder 8 CPUs 8 NICs, 16 GB RAM Heute -> 2 oder 4 CPUs 2/4 NICs, 8 GB RAM - DeDuplizierung bei Cloud Computing latency-killer -Snapshots, Replikation versus (agent-less) Backup 13

14 Netzwerk Performance -Latency Saving 5 microseconds -> ca. US$ 200,000 p.a. But for a trading firm, the cost of reducing latency can n e v e r b e t o o h i g h * * TABB Group global consulting Robert Lati Benchmark Amazon EC2 Cloud vs NCSA Cluster - Edward Walker, Benchmarking Amazon EC2 for High-Performance Scientific Computing 14

15 Restriktionen (2) -> Trend 10TB HDD 512GB+ NAND SSDs 1TB RAM 16+ cores CPUs -> Wachstum Kapazität: 60% p.a. (100x) Bandwidth: 40% p.a. (10x) Latency: 15% p.a. 16 cores 16 cores 16 cores 16 cores PCIe Gen 3 System Crossbar 16x 10TB HDD SSD PCIe Gen 3 1TB DDR3 16Gb/s FC 10Gb/s FCoE Whenvirtualserverswaiton virtualstorage, REAL Cloud-userswaiton virtualservers. ThisisREAL Cloud I/O waittime 15

16 Tiered Storage Metriken SSD Energie, Performance Storage Array, IOPS / (K)Watt Bandbreite, MB/s /(K)Watt Storage Density, TB / Stellfläche Power Density, TB /(K)Watt Bis zu 3-4 x mehr VMs pro Serverinstanz Keine Interrupts wegen I/O Engpäßen Metadaten (VTL, DeDup) -> SSD: IOPS/500W = 200 IOPS/Watt -> RAID-6 Array, 72 Drives, 12k IOPS/1200W = 10 IOPS/Watt 16

17 Restriktionen (3) Halbleiterspeicher SSD versus HDD Preisentwicklung ($/GB Retail) Quelle: Sept

18 Halbleiterspeicher -Kurzübersicht SRAM(Flip-Flop, CPU Cache) Sehr schnell (ab 7.0 ns), hoher Energieverbrauch, teuer, geringe Kapazität, volatil, groß (S)DRAM(Main Memory) Schnell (50-60 ns), klein, Kapazitäten teuer, Refresh nötig, volatil PRAM(Phase Change Memory ) Möglicher Ersatz für DRAM und NOR-/NAND-Flash Schnell (x20 zu Flash, klein, nicht-flüchtig, langlebig (x10 zu Flash), preiswert in der Herstellung, (Intel, AMD, Samsung, NEC, IBM) auch möglicher Ersatz für Flash bei USB Sticks MRAM(Magneto-resistive) Schnell wie SRAM, Packungsdichte wie DRAM, kein Refresh, nicht-flüchtig, langlebig wie SDRAM (ca. 1 Billion write-/read-cycles), Technikpotential heute noch nicht ausgenutzt, Preiswerte Herstellung, Ersatz für SDRAM möglich (Philips, Freescale, IBM...) EEPROM FLASH Memory (NOR, NAND) Ohne einzelne Speicherelement-Löschung, langsamer als RAM, kompliziertes Write-/Read Controller mit ECC nötig, teurer als HDD, non-volatile, geringer Energieverbrauch, klein, hohe Datendichte, schnell gegenüber HDD (Reads)... 18

19 Solid State Storage -Trend NonVolatile RAM Magnetic RAM Ferroelectric RAM Phase-Change RAM PRAM MRAM Memory-to-Memory SAN Active Archive 50 ns 10 ns 19

20 Future Storage Ausblick NAND Flash ist Übergangstechnologie MRAM, PRAM kurzfristig als SSD-Nachfolger (Intel, AMD, IBM, Samsung, NEC) Prognose (längerfristig): Storage Class Memory, SCM Nanostrukturen bei SCM MEMRISTOR, RACETRACK, KOHLENSTOFF-MOLEKÜLE (HP, IBM, TKD, Samsung..) Bsp.: IBM SCM Racetrack (2015+) - Magnetisches Pattern auf Nano-Drähten - Leistung im Nano-Sekunden Bereich -Sehr geringer Stromverbrauch - Dreidimensionale Chip Technologie Bits per Draht, mehrere Millionen Drähte per Chip x höhere Kapazitäten gegenüber Flash 20

21 Neue Storage Hierarchie mit SCM 50 ns NAND Read 20 us Deep Archive 2011 CPU 1ns RAM FLASH SSD DISK 5 ms TAPE 35 sec CPU SCM RAM DISK TAPE Direkter Prozessor-Zugriff 21

22 Storage Class Memory Anwendungsbeispiel: Datenbank I/O Page Buffer Request MySQL/ Storage Engine InnoDB 22

23 Fazit Kurz-und mittelfristige Anforderungen an Cloud Computing (Storage-) Infrastrukturen: Effektives Management von virtual machines Leistungsfähige Netzwerke (latency) Automatisierte Datenklassifizierung Kapazitätsoptimierung (Compression, DeDupe) Scale-out-/ Scale-up virtual Storagesysteme Neue latenzarme Speichertechnologien wie SSD, HDD-, Flash-Nachfolger (SCM) 23

24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit FRAGEN? 24

25 Appendix - Tape Demo 2010: 35 Terabyte Tape Kassette Bildquelle: IBM Almaden 25