Kurt Gerecke, IBM Senior Storage Consultant Mai 2008

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1 IBM System Storage Sales Germany IBM System Storage Technologie Update 2008 Kurt Gerecke, IBM Senior Storage Consultant Mai IBM Corporation

2 3. Neuauflage Stück Kostenlose Bestellung der neuen 3. Taschenbuch Auflage - alle Ankündigungen von bis April an Ivano Rodella Rodella@de.ibm.com IBM System Storage Kompendium Die IBM Speichergeschichte von 1952 bis 2008 Ibm.com/systems/de/storage Angabe von: Formnummer GM Name Anzahl Lieferadresse Limitierter Festbuchdruck 500 Exemplare 2

3 Disk-Technologien Disk Drive Kühlung - Lösungsinitiativen Tape-Technologien Optische Technologien Neue Speicher-Technologien De-Duplication Verfahren Infrastruktur-Bandbreiten IBM Ziele Green IT Initiative 3

4 Magnetplatten Technologie HDD s 4

5 5 IBM System Storage IBM Entwicklungs-Meilensteine 1991: RAID Architekturen Dünnfimbeschichtung MR-Aufzeichnung : PRML Encoding ( 3-5 fache höhere Kapazitäten) 1997: Umsetzung GMR Effekt 1999: Erste GMR Schreib-/Leseköpfe - Faktor 10 höhere kapazitive Möglichkeiten langfristig Microdrives Paramagnetischer Effekt 2002: AFC Aufzeichnungstechnologien - nochmals Faktor 5-10 höhere kapazitive Möglichkeiten mit höherer Zuverlässigkeit und höchsten Datenraten (Anti Ferro Magnetically Coupled) 2005: Perpendicular Recording Qualität wie AFC Etwas langsamer aber kostengünstiger (Entwicklungsauftrag Seagate)

6 Datenwachstum vs. Technologiefortschritt Disk Areal Density (Gb/sq. inch) 1956 IBM RAMAC Die Erfindung der Festplatte 60%-100% CAGR Nobelpreis 2007 für Entdeckung des Giant MR Effekts Die Umsetzung in einen brauchbaren Schreib-Lesekopf erfolgte durch den IBM-Mitarbeiter Stuart Parkin von mit über Materialversuchen 25%- 30% CAGR 60%-100% CAGR 25%-35% Möglichkeiten zur Kapazitäts- und...leistungssteigerungen auf.basis...heutiger Technologien sind.begrenzt Research Projekte in Almaden HAMR Nutzung von atomaren...spinneffekten und Grainwirbeln * CAGR = Compound annual growth rate 6

7 Adaption von drei unterschiedlichen Aufzeichnungstechniken auf die unterschiedlichen Laufwerksarten (ATA, SATA, FATA, SAS, FC-Platten) Zoll AFC Perpendicular Magneto-Resistive Disk hochpreisig hohe Leistung hohe Zuverlässigkeit langlebig mittelpreisig mittlere Leistung hohe Zuverlässigkeit langlebig billig langsam mittlere Zuverlässigkeit kurzlebig 7

8 Die Welt wird einfacher.. nur noch ein Formfaktor 2 ½ Zoll o Entwicklung leistungsstarker 2 ½ Zoll Laufwerke Initiative Green IT o Adaption Flash Memories als vorgeschalteter Cache o Neue Caching Algorithmen für Plattenlaufwerke o IBM Research Projekte in Almaden - Heat Assisted Magnetic Recording (HAMR) - Nutzung von atomaren Spineffekten durch die Rastertunnelmikroskop-Technologie - Erzeugung von molekularen Grainwirbeln in dafür geeigneten Legierungen 8

9 IBM Storage Entwicklungsstrategie von 1956 bis 2006 war IBM treibende Kraft in der Plattenweiterentwicklung alle technologisch massgeblichen Entwicklungen kamen von IBM Umsetzung des GMR Effekts in ein brauchbares Produkt Ausstieg aus der Plattenproduktion 2003 Allianz mit Hitachi IBM entwickelt, Hitachi produziert Ende 2005 übergibt IBM Entwicklungs-Lead an Hitachi IBM entwickelt Platten weiter basierend auf externen Entwicklungsaufträgen Patentierung geht an IBM, Lizensierung an den Auftraggeber Aufträge bezüglich stromsparender Plattenlaufwerke IBM Eigenentwicklung konzentriert sich auf neue Technologien Millipede, Plattenbeschichtungen auf Tapes stromunabhängige RAM s (MRAM, PCRAM), Racetrack Memories HVD s Holografic Versatile Disks im optischen Bereich 9 IBM Confidential

10 IBM spin-off Bricks, a Scalable Two Dimensional Architecture 2002 Modular ICERACK 2D Brick Architecture 1 PB Kapazität GA 2008 Die Evolution von Brick -basierenden Servern, Storage, & Networking Technologien Efficient use of Heat / Power / Floor space For Petabytes & Petaflops Server & Storage Apps. in one package Project ICECUBE 3D Brick Prototype 10

11 IBM Initiative Green IT Storage Produkte sind nicht die schlimmsten.. Grün steht vor allem für Tape 11

12 Technologie Kapazität + Leistung IBM System Storage Relation Technologie vs. Stromverbrauch 3480 Seit 2000: Datenrate 8 x schneller Kapazität 8 x höher Faktor 16 mit Kompression E 3590 Jahr 2000 LTO1 JAG1 LTO2 LTO3 JAG2 JAG2 700GB 40% LTO4 150% 12 Datenwachstum Backup IBM Confidential

13 Technologie Kapazität + Leistung IBM System Storage Relation Technologie vs. Stromverbrauch Stromverbrauch 3480 Seit 2000: Stromverbrauch Faktor 13 weniger E 3590 Jahr 2000 LTO1 JAG1 LTO2 LTO3 JAG2 JAG2 700GB 40% LTO4 150% 13 Datenwachstum Backup IBM Confidential

14 IBM Konsolidierung Linear Tape mit Open neuster LTO LTO Bandtechnologie (LTO 4) LTO 1 LTO 4 Drives Kassetten/ Slots Kassetten Power 376 Watt 29 Watt Power Faktor 13 14

15 Key-Technologien für zukünftige Bandspeicher Tape Flat Lap Kopftechnologie menschliches Haar Staubkorn Self Cleaning Machines Traditionelles Tape Head Design IBM Flat Lap Head Design 15

16 8 TB pro Kassette - announced May 16 th, 2006 Magnetic Force Microscope Images of 8 TB Tape vs. LTO um 15 um 3592 Jaguar Beschichtung: 6,67 Gbit per square inch ~ 1,033 Gbit per cm 2 15-fach höhere Aufzeichnungsdichte und Kapazität im Vergleich zu LTO 3 The demonstration was performed at product-level tape speeds (4 meter/sec) 16 > 1 Gigabit/cm 2 used 1 st GMR read heads

17 IBM Research Center Almaden Dezember 2005: 100 Terybyte Tape Nanopatterning Tape Technik Reactive Ion Etching Chip Technologie erlaubt Nanopattern Strukturen in Tape-Spuren, Neue genau kontrollierbare Dünnfilmbeschichtungstechnik Sputter Deposition Spurbreiten von 0.2 bis 0.5 Microns ( Nanometer) 100 TB Kapazität bei 0.5 Microns auf klassischer ½ Zoll Kassette Fertigungsprozesse technisch realisierbar in 2-3 Jahren 17

18 Stromlose Datenträger werden immer wichtiger oder TAPE IST COOL IBM ausgelieferte Kassettenkapazitäten in 2006: Stromverbrauch bei Umstellung auf Platte 432 Mega-Watt Kernkraftwerk Isar 1 in Landshut 800 Mega-Watt Kernkraftwerk Isar 2 in Landshut 1400 Mega-Watt pro Jahr ½ neues Kernkraftwerk IBM installierter produktiver Kassettenkapazitätsbestand: Stromverbrauch bei Umstellung auf Platte Mega-Watt ca neue Kernkraftwerke Weltweit installierter produktiver Kassettenkapazitätsbestand: Stromverbrauch bei Umstellung auf Platte Mega-Watt ca. 40 neue Kernkraftwerke 18 IBM Confidential

19 Platten verhalten sich anders wie Tape Tape ist / bietet -sequentielles Streaming Device (meist schneller wie Disk) -On Demand und skaliert in Performane und Kapazität -austauschbarer Datenträger und kann bewegt werden -braucht keinen Strom (TCO) -ist sicher und lang haltbar und hat WORM Tapes Platte ist / bietet -direkten Zugriff -Vorteile beim Single File Restore und Filesystem Restore -Multiple Streams (kein Vorteil bei grossen Files (Full/Image Backups) -Kann nicht bewegt werden -benötigt Strom -kostet mehr -welche Platten (ATA, FATA, SATA, FATA, SAS, FC-Platten) 19 IBM Confidential

20 Strom- und Klimakosten - 6 Jahresbetrachtung 1M vs Electrical Power & Cooling - Cost for 6 Years Thousands Disk Tape TB TS3500 (3584) mit 10 Drives vs. TS7520 VTL (500GBSATA) 0.15 /kwh 20

21 IBM Initiative Green IT wichtiges Ziel -> maximale Nutzung der physikalischen Ressource Tape Virtualisierung Tape Virtualisierungsmöglichkeiten Virtual Back Hitch im Laufwerk (TS1120) Virtualisierung der Library durch ALMS (TS3500) Virtualisierung von vielen Libraries durch ermm Backup to Disk über LAN (TSM) LAN free Backup to Disk via VTL s Kombinationen B2D2T, B2D2Nearline, B2D2D2T B2D2T mit Flash Copy Verfahren Hardware Lösungen Software Lösungen Kombinationen von Software und Hardware 21 IBM Confidential

22 De-Duplication bei VTL s Deduplication bei Virtuellen Tape Libraries mathematischer Algorithmus läuft auf der VTL mit und führt Bit-Block Vergleiche durch Anbieter Jeder hat es erfunden, jeder hat es patentiert Ansätze Software MicroCode mit Hardware Kombinationen von Software und Hardware Verfahren Online Verfahren (Problem der Skalierbarkeit und Leistung) Nachgelagert / Post Processing (Problem Speicherplatz) 22

23 De-Duplication IBM System Storage Maximale Nutzung der physikalischen Ressource Platte durch Vermeidung von Duplikaten in VTL s Methode zur Einsparung von Plattenplatz Faktor IBM (Diligent) - Data Domain - Quantum - FalconStore - Network Appliance -IBM nseries >> Algorithmen müssen massiv bezüglich Leistung und Skalierbarkeit weiterentwickelt werden 23 IBM Confidential

24 De-Duplication IBM System Storage.. ist ganz wichtig für Green IT 24 Page 24

25 IBM De-Duplication De-Duplication Projekt in Almaden Projekt Bit Block Mathematics Gruppe aus MicroCode Spezialisten und Mathematikern Projekt Start Januar 2004 Lehrstuhl für diskrete Mathematik in Bonn dedizierte Gruppe von Mathematikern seit Januar 2007 Ziel: ein sinnvolles Deduplication Verfahren leistungsfähig und skalierbar anwendbar für jede Art von Datenspeicherung integrierbar in HW und SW TSM Integration und Verfügbarkeit für 2. JH geplant 25

26 Neue Technologien auf Laserbasis Optical Optical Holografische Speicher Red Wave Blue Wave Stop/Start Rotation

27 Zukünftige Optische Speicher +NFR? 60GB (2nd Gen.) 5.25" UDO Roadmap 2 X Standard (Blue Wave) 30GB (1st Gen.) Neuer 1 X Standard (Blue Wave) Opticals 5.2GB (4th Gen.) 9.1GB (5th Gen.) Case #2 Case #1 13GB (6th Gen.) 20GB (7th Gen.) VERSUS 8 X Standard (Red Wave) Holographic Versatile Disk HVD TC44 Ecma Dez bis 3.9 Terabyte Transferrate 1 Gbit/s HVD Alliance mit 19 Firmen 27

28 Ultra Density Optical Disc Roadmap Generation 1 Generation 2 Generation 3 Capacity 30 GB 60 GB 120 GB Transfer Rate 8 MB/sec 12 MB/sec 18 MB/sec RPM Avg Seek Time 25 msec 25 msec 25 msec Numerical Aperture Media Layers Encoding 1,7 1,7 ML Sector Size 8 KB 8 KB 8 KB SCSI Transfer Rate 80 MB/sec 80 MB/sec 80 MB/sec Load Time 5 seconds 5 seconds 5 seconds Unload Time 3 seconds 3 seconds 3 seconds MSBF 750, , ,000 28

29 Holographic Versatile Disc (HVD) Blau-grüner Laser (532 nm) Roter Positionierungs- Laser (650 nm) Polycarbonschicht Hologramm Photopolymer Distanzschicht Reflexionsschicht Distanzschicht Basisschicht Prinzip der HVD (Holografic Versatile Disc) 29

30 Millipede neue Dimensionen der Datenspeicherung Thermomechanical Read/Write on Thin Polymer Media 40 nm bit size 64 x 64 (4096) Cantilever Array Chip x 40 nm pitch Areal Density 1 Tbits/inch2 (Single Lever Demo) y z1 Silicon tips/ Polymer base layer 64x64 tips ready x128 tips ready GBytes on 7x7mm chip 160 GBytes on 7x7mm chip 35 Mbit/S 120 Mbit/S z2 z3 Micromechanical x y z Scanner 30

31 Millipede Nanospeicher Consumer Markt -Flash Memories - SD Karten Millipede Laufwerk - 2 ½ Zoll Formfaktor Millipede Nanospeicher In IBM Geräten - TS1120 Band-LW 31

32 Umsetzung des GMR Effekts Ohne ihn wären die heutigen...festplattenkapazitäten nicht...möglich! Schade, dass er im Nobelpreis...für Physik 2007 nicht...miteinbezogen wurde! Jetzt schreibt er Geschichte! Racetrack Memories werden...die Welt verändern! Stuart Parkin, IBM Fellow IBM Research Almaden 32

33 Racetrack Memory Chips Es bewegt sich nichts mehr Magnetic Pattern auf Nano-Drähten Permalloy (FeNi-Legierung) Leistung im Nano-Sekunden Bereich Fast keinen Stromverbrauch Dreidimensionale Chip Technologie 100 Bits per Draht, 100-tausende...Drähte per Chip 100-fach höhere Kapazität zu Flash...Memories Vereinigt Leistungsfähigkeit...von Flashspeichern mit den...kapazitiven Möglichkeiten...von Festplatten 33

34 Er hat die Freude verdient... Stuart Parkin... vielleicht klappt es diesmal mit...dem Nobelpreis!! 34

35 Fibre Channel Platten Nearline Platten Flashspeicher Nearline Platten Flashspeicher Nearline Platten Tape Tape Neuordnung der Speicherhierarchie HEUTE Online Nearline Backup Archivierung MORGEN Non-Volatile RAM s Racetrack Memories Non-Volatile RAM s Millipede Nearline Platten Tape UDO und HVD Tape 35