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Neue Enterprise Capacity-Laufwerke mit 16 TB

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tohsiba enterprise teaserToshiba setzt mit der MG08-Serie auf fast konventionelle Aufzeichnungstechnologie, erreicht damit im 3,5“-Formfaktor Kapazitäten von bis zu 16 TB und erobert so Hybrid-Cloud und Scale-Out-Szenarien in Rechenzentren. Andere Anbieter nutzen bereits aufwändigere Technik, die sich in Hinblick auf Gesamteffizienz oft noch nicht in Szene setzt. Ein Einblick.

Doppelt hält besser

Zugegeben: Bei aktuellen Produktankündigungen ist der Kapazitätspunkt von 16 TB nicht gänzlich neu. Das jüngste Enterprise Capacity-Laufwerk MG08 von Toshiba ist allerdings das erste Produkt, das diese Speicherkapazität auf Basis konventioneller Aufzeichnungstechnologie erreicht. Perpendicular Magnetic Recording (kurz PMR) kommt zum Einsatz, während Wettbewerber andere Aufzeichnungsverfahren verwenden – mit allen Vor- und Nachteilen.

Im Vergleich zur MG07-Serie mit bis zu 14 TB hat Toshiba in die Trickkiste gegriffen und spricht bei der MG08 von TDMR-Technik, was für Two-Dimensional Magnetic Recording steht. Dahinter verbirgt sich ein Design, das einen Schreibkopf mit zwei Leseköpfen kombiniert. Bedingt durch die gesteigerte Speicherdichte des 9-Platter-Designs zum Erreichen der Gesamtkapazität von 16 TB können beim Lesen einer Spur Interferenzen durch die daneben liegenden Spuren auftreten. Bei der Verwendung von zwei Leseköpfen, die leicht versetzt angeordnet sind, kann man bei Vergleich beider Signale die Interferenzen durch die Nachbarspuren mittels geeigneter Signalnachbearbeitung „herausrechnen“. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass Wettbewerber dies auch schon so nutzten, jedoch schon bei geringeren Kapazitäten.

PWC und PLP für RMW. Zu Deutsch: für Upgrades geeignet

Dazu packt Toshiba 512 MB Pufferspeicher als Persistent Write Cache (PWC) mit Power-Loss-Protection (PLP). Das beschreibt, dass Cache-Inhalte bei einem Stromausfall nicht verloren gehen. Solche Features kennt man von Enterprise-SSDs, die im Zuge vieler durch das Laufwerk orchestrierter Kommando-Verschiebungen sicherstellen muss, bei Stromausfällen keinen Datenmüll zu hinterlassen. 

Nun ist dies auch für moderne Festplatten wichtig, da die MG08 Sektoren in 4K-Größe schreibt, in vielen Umgebungen jedoch 512-Byte-Sektoren noch üblich sind. Schreibvorgänge über Bestandsdaten führen damit zu so genannten Read-Modify-Write-Operationen, die die Sektoren umorganisieren. Diese Funktion ist ein wesentlicher Schlüssel, um die neue MG08 mit bis zu 16 TB Kapazität auch in viele Jahre alten Rechenzentren bzw. Server-Racks zum Einsatz zu bringen.

In der Spezifikation findet sich zudem ein Hinweis auf Vibrationssensoren – ein weiteres Indiz, dass die MG08 gerne in großen Racks mit hunderten von Laufwerken zum Einsatz gebracht werden kann. Dazu kommt segmentübliche 2,5 Millionen Stunden MTBF und fünf Jahre Herstellergarantie. In Summe stellen die von Toshiba ausgerollten Technologien und Spezifikationen einen Funktionsumfang dar, der eine harmonische Integration in vorhandene Rechenzentren in den Vordergrund stellt und gleichzeitig keine Nachteile für neue Installationen mit sich bringt.

Das Ergebnis zählt

In der Praxis ist eben diese harmonische Integration, also eine Orientierung an bestehenden Kriterien, häufig wichtig. Storage-Produkte finden sich ohnehin stets in einem Spannungsfeld zwischen Speicherkapazität, Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit, Energiebedarf und Kosten. Für viele Kunden spielt der Einsatz bewährter Technologie eine wichtige Rolle. Dabei ist auch zu berücksichtigen, dass Kunden für die neue MG08 oft nicht dutzende oder hunderte, sondern auch schnell zigtausende Laufwerke ordern. Eine Produktivinstallation muss die erwartete Gesamtkapazität bei erwarteter Performance im erwarteten Energiebereich und innerhalb planbarer Kosten und Ausfallraten darstellen.

Das bedeutet, dass Einflüsse auf den Energiebedarf eines einzelnen Laufwerks schnell die Energieanforderungen ganzer Racks oder Abschnitte im Rechenzentrum beeinflussen (Kühlmaßnahmen inklusive). Dabei wird auch klar, dass der Schritt von 12 oder 14 TB zu 16 TB Laufwerkskapazität den entscheidenden Unterschied machen kann, Server oder ganze Racks zu sparen. Oder vorhandene Rechenzentren mit höherer Kapazität auszustatten, da die restliche Infrastruktur womöglich noch genügt. Am Ende zählt nur das Ergebnis der Gesamtrechnung: wie sieht die TCO-Rechnung für beispielsweise 10 Petabyte Speicherkapazität aus? Und ab wann macht der Einsatz neuer Technologien am Ende den meisten Sinn? Eine Pauschalantwort gibt es dafür allerdings nicht.

Andere und künftige Ansätze

Die im Wettbewerb zum Einsatz kommenden Technologien sind derzeit SMR (Shingled Magnetic Recording), HAMR (Heat-Assisted Magnetic Recording) und MAMR (Microwave-AMR). Ersteres lässt Spuren bewusst überlappen, um die Datendichte zu erhöhen. In der Praxis geht dies auf Kosten der Schreib-Performance, und ist damit im Enterprise Segment lediglich für reine sequenzielle Archivierungsaufgaben geeignet.

HAMR ist eine mögliche Antwort auf Anforderungen, die höhere Speicherdichten künftig mit sich bringen: da das magnetisierbare Material auf den Speicherscheiben schwerer zu magnetisieren bzw. zu verändern ist, damit die Datenintegrität gesichert ist, muss man mit einer bestimmten Energiemenge arbeiten, um die magnetischen Bits beim Schreibvorgang zu kippen. Das erfordert eine bestimmte Mindestgröße des Schreibkopfes, was die Speicherdichte begrenzt. Wird hingegen das Schreiben durch punktuellen Energieeinsatz (Hitzeeinwirkung) unterstützt, kann man mit weniger magnetischer Energie schreiben und dadurch einen kleineren Schreibkopf und höhere Speicherdichte realisieren. Das bedeutet, dass eine Magnetisierung unter Energieeinsatz erfolgen muss. Eine Laser-Diode kann diese Aufgabe übernehmen. Zu berücksichtigen ist, dass der Energieeinsatz auf der Kostenseite und teils auf thermischer Ebene zu berücksichtigen ist. Außerdem bestehen bei Laser-Dioden Bedenken bezüglicher der Dauerzuverlässigkeit im langjährigen Betrieb.

Zu guter Letzt steht MAMR für Mikrowellentechnik. Ein Spin-Moment-Oszillator erzeugt die notwendigen Wellen im Bereich zwischen 20 und 40 GHz, die damit die Energie zur Unterstützung des Schreibprozesses mit weniger magnetischer Energie und somit mit einem kleineren Schreibkopf einbringen. Auch dies ist im Einsatz und Toshiba hat die Technologie für künftige Produkte vorgesehen, denn der Energiebedarf weicht im Vergleich zur derzeit startenden MG08-Serie offenbar nicht erheblich ab.

Die MG08-Serie im Detail

Alle MG08-Modelle rotieren mit 7.200 U/Min und sind selbstverständlich für den 24/7-Dauerbetrieb und eine jährliche Arbeitslast von 550 TB ausgelegt. Die Zuverlässigkeit wird dabei mit 2,5 Mio Stunden MTTF angegeben, was einer zu erwartenden jährlichen Fehlerrate von 0,35% entspricht. Das Design basiert auf neun Speicherscheiben (so genannte Platter) und einer Reibung reduzierenden Helium-Füllung

Die Laufwerke gibt es als native 4K-Modelle sowie mit 512-Byte-Emultion für beschriebene Legacy-Szenarien. Beide gibt es mit 6 Gb/s SATA-Schnittstelle oder mit 12 Gb/s SAS-Interface und im 3,5“-Formfaktor.

Am besten geeignet sind die MG08-Modelle im Einsatz von Tiered-Storage-Infrastrukturen, in welchen die Laufwerke das Layer für die dauerhafte Verfügbarmachung von Datenbeständen übernehmen. Dazu gehören Cloud-Scale-Server, File- und Object-based Storage-Anwendungen, Backup- und Compliance-Anwendungen.

Weitere Informationen zu den Enterprise Capacity-Laufwerken mit 16 TB sind hier zu finden: https://www.toshiba-storage.com/de/products/enterprise-capacity-hard-drive-mg-series/

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