Speichertechnologien

Der aktuelle Trend geht zu Full-Flash-Rechenzentren, nicht zuletzt, weil die Kosten der Systeme sinken und diese nun auch für kleine und mittelständische Unternehmen interessant werden. Die relativ junge Speichertechnologie hat sich schnell durchgesetzt. Mit Blick auf die Digitalisierung treten Software-defined Storage (SDS) und Fog Computing immer stärker in den Vordergrund. Einer Studie des Speichertechnologie-Anbieters Datacore unter 400 Unternehmen zufolge setzen 37 Prozent der Befragten inzwischen auf SDS, 29 Prozent auf All-Flash-Arrays und ein gutes Fünftel auf eine hyperkonvergente Infrastruktur. Unter 20 Prozent landen bei Hybrid und Public Cloud, Container nutzen zehn Prozent. „Vereinfacht gesagt, heißt der Ansatz: ‚Store denser, move faster, be secured‘ – also hochkapazitiver, sehr günstiger Speicher auf der einen Seite und sehr schneller, persistenter Speicher auf der anderen Seite des Storage-Spektrums“, erklärt Ralf Colbus, der Speicherpapst von IBM im deutschsprachigen Raum.

Man arbeite an neuen Ansätzen, um direkt in den Daten zu rechnen und der Von-Neumann-Architektur zu „entkommen“ – Stichwort: Computational Memory. Zunehmend beschäftigt das Thema KI das Storage-Umfeld. „KI im Speicher selbst wird wichtiger. Um Informationen – auch in der Cloud – besser zu schützen, denken wir über neue End-to-End-Verschlüsselung und vereinfachtes Key Management nach“, berichtet Colbus. In den nächsten Jahren könnten exotisch anmutende Forschungsansätze spannend werden. Erst 2016 stellten Forscher der Uni Southampton einen 5D Optical Storage auf Glas vor. Damit werden Daten mit einem sehr schnellen Laser in Quarzglas aus Siliziumdioxid geätzt. Eine Festplatte mit dieser Technologie aus selbstorganisierten Nanostrukturen könnte 360 Terabyte an Daten speichern und diese Daten unfassbare 14 Milliarden Jahre lang bewahren.

Auch Microsoft machte in den letzten Jahren mit Blick auf Storage immer wieder von sich reden. Im „Project Silica“ griff das Unternehmen diese Technologie auf, um cloudbasierte, riesige Datenmengen über Laserstrahlen in Quarzkristallen für die Ewigkeit zu speichern. Dafür kommen ultraschnelle Laser zum Einsatz, die Lichtpulse im Femtosekunden-Bereich aussenden: Eine Femtosekunde dauert 0,000000000000001 Sekunden. Innerhalb von zehn Jahren könnte es kommerzielle Lösungen geben. Allerdings belegen Studien: Auf 80 Prozent der gespeicherten Daten wird ein Jahr nach ihrer Erstellung nie wieder zugegriffen. Anstatt solche Informationen auf einer stetig zunehmenden Anzahl von Speichermedien oder Servern abzulegen, dürften perspektivisch kleine Devices mit langer Speicherfähigkeit wohl die deutlich bessere Lösung sein.

Microsoft hat eine weitere Idee aufgenommen, die ursprünglich vom George Church stammt, Molekularbiologe an der Harvard Medical School. Daten werden in DNA-Material geschrieben, die Speicherzeit beträgt ebenfalls unglaubliche Millionen von Jahren. Erst im März stellten die University of Washington und Microsoft Research die erste vollautomatische DNA-Datenspeicherung vor. In einem Proof of Concept haben die Forscher das Wort „hello“ in selbst hergestellte DNA kodiert und anschließend wieder in Daten zurückverwandelt.

„DNA kann digitale Informationen sehr viel platzsparender speichern als heutige Rechenzentren. Damit ist die DNA eine vielversprechende Lösung zur Speicherung explodierender Datenmengen, die die Welt jeden Tag erzeugt“, glaubt Jürgen Wirtgen, Data & AI Lead bei Microsoft Deutschland. Weil DNA-Speicher noch einige Probleme bergen, behält die Harvard University alternative Ansätze im Blick. So kann das Lesen und Schreiben auf DNA ein durchaus zeitraubender Prozess sein, weil es sich dabei um relativ große Moleküle handelt. Die Forscher orientierten sich deshalb nicht nur an der Biologie, sondern auch an der organischen und analytischen Chemie. Dabei haben sie Oligopeptide untersucht – kleine Moleküle, die sich aus mehreren Aminosäuren zusammensetzen. In winzige Mikroplatten mit Aussparungen werden unterschiedliche Kombinationen von Oligopeptiden gesetzt, die dann analog zum binären System jeweils ein Bit, also Null oder Eins, darstellen. Ausgelesen werden die Daten mit einem Massenspektrometer.

Neben diesen neuen Ansätzen forscht Microsoft auch nach interessanten Möglichkeiten für Rechenzentren. Insbesondere an der US-amerikanischen Westküste experimentiert man mit Unterwasser-Rechenzentren, um dem steigenden Bedarf nach Cloudinfrastruktur in der Nähe von Ballungszentren Rechnung zu tragen. Seit rund einem Jahr wird unter dem Projektnamen „Natick“ auch ein Underwater Data Center in Schottland getestet. Am European Marine Energy Centre auf den schottischen Orkneyinseln haben die Forscher einen Prototyp in der Größe eines Containers ins Meer gelassen, um Vorteile und Herausforderungen zu evaluieren, die im täglichen Betrieb aus ökonomischer und logistischer Sicht entstehen. Das Ergebnis ist noch offen. „Durch den Betrieb von Rechenzentren in Gewässern nahe diesen Küstenstädten kann die Latenzzeit bei der Datenübertragung aus der Cloud noch beschleunigt werden“, erklärt Wirtgen. Die zunehmende Nutzung von cloudbasierten KI- oder IoT-Szenarien, die viel Rechenleistung und eine hohe Geschwindigkeit bei der Datenübertragung erfordern, werde so erleichtert.

Trotz alledem: Eine wichtige Speichertechnologie bleibt weiterhin das Magnetband. Tape ist zwar nicht für jeden Kontext perfekt, zum Beispiel sind Recovery-Prozesse langsam und die Suche nach einzelnen Dateien aufwendig. Dennoch liegt die alte Technologie aus den 1950er Jahren für die Archivierung weiterhin im Rennen und wird kontinuierlich weiterentwickelt. Experten meinen sogar, dass sich hier das Moore’sche Gesetz fortsetzen lasse. Erst vor zwei Jahren stellte IBM ein handtellergroßes Magnetband vor, das 330 TByte fasst. „Wir halten an Tape für hoch kapazitive Speicher fest. Wir haben dort noch lange nicht das Ende der Aufzeichnungsdichten erreicht. Tape wird in den nächsten fünf bis zehn Jahren das kostengünstigste Speichermedium bleiben“, bestätigt IBM-Speicherexperte Colbus.

Bild: iStock/dra_schwartz, Illustration: Andreas Croonenbroeck