Nachhaltigkeit und Kapazität-/Kostenbalance im HDD-Bereich
26. Januar 2024
Hard Disk Drives (HDDs) speichern Daten zuverlässig und basieren auf bewährter Technologie. Dank hoher Kapazitäten bei niedrigen Kosten pro Kapazitätseinheit gelten sie als eine ausgezeichnete Grundlage für die Datenspeicherung in verschiedenen Branchen und Anwendungen.
Was hält die Zukunft für Festplatten bereit? Bleiben HDDs relevant – trotz alternativer Speichertechnologien? Experten aus dem Haus Toshiba verweisen auf die wichtigsten Trends, die die Rolle von Festplatten im Zeitalter der Daten beeinflussen werden:
Die Hersteller von Festplatten treiben Forschung und Entwicklung intensiv voran. So stellen sie sicher, dass HDDs wettbewerbsfähig bleiben. Erst vor kurzem brachte Toshiba ein Modell der MG10F-Serie mit 22 TByte auf den Markt, das auf Conventional Magnetic Recording (CMR) und zehn Magnetscheiben in einem 3,5-Zoll-Gehäuse mit Helium-Füllung setzt. Gegenüber dem Vorgängermodell stieg die Speicherkapazität um zehn Prozent.
Balance zwischen Kapazität und Kosten
Die Entwickler haben es geschafft, mehr Speicher im gleichen Formfaktor unterzubringen, und das bei gleichem Stromverbrauch und annähernd gleichbleibenden Kosten. Dieser Punkt spielt eine entscheidende Rolle: Gegenwärtig haben Festplatten einen deutlichen Kostenvorsprung pro Kapazitätseinheit gegenüber Flash-Speichern, sie kosten in etwa nur ein Siebtel. Solange dieser Kostenvorteil besteht, bleiben die Laufwerke attraktiv. Für Datacenter-Betreiber macht es schlichtweg keinen Sinn, die Kapazität zu erhöhen, wenn dadurch die Kosten steigen.
Zwei Punkte vorausgesetzt, könnten Festplatten irgendwann sogar 40 oder 50 TByte abspeichern, ohne dass sich die Kosten an Flash-Speicher annähern: Erstens müsste auch in Zukunft eine Nachfrage nach höheren Kapazitäten bestehen – denn ohne entsprechende Nachfrage erfolgt keine weitere Produktentwicklung. Diese Nachfrage ist derzeit und wohl auch in Zukunft gegeben: Selbst Festplatten mit 100 TByte könnten schon heute in unserer datengetriebenen Gesellschaft in kürzester Zeit gefüllt werden, und diese Entwicklung wird zukünftig eher noch weiter Fahrt aufnehmen.
Zweitens müssen die höheren Kapazitäten aus technologischer Sicht erreichbar sein. Hersteller wie Toshiba investieren deshalb in die schrittweise Weiterentwicklung der Festplattentechnologie und testen fortwährend Verbesserungen an Materialien und Verfahren. Diese Anstrengungen werden so lange fortgesetzt, wie die Nachfrage nach HDDs mit höheren Kapazitäten bestehen bleibt.
Rechenzentren sind nach wie vor auf Festplatten als Speichermedien angewiesen. Das gilt insbesondere für die großen Anlagen der Hyperscaler, auf denen Cloud-Dienste basieren. In diesem Bereich ist die Kapazitätssteigerung um 2 auf 22 TByte pro Laufwerk ein bedeutender Fortschritt. Höhere Kapazitäten bei gleichem Formfaktor erlauben es, den Platz im Rack besser auszunutzen – was gerade für städtische Standorte wichtig ist, da es dort häufig beengt zugeht.
Zudem werden in Rechenzentren einzelne Festplatten immer zu Verbünden zusammengeschlossen. Als Konsequenz entstehen größere und schnellere Speichersysteme. Bis zu 24 HDDs in einem Gehäuse sind schon lange üblich, und die Anzahl der Laufwerke wird weiter steigen – heute sind schon Systeme mit 60 oder 100 HDDs verfügbar.
Nachhaltigkeit im Rechenzentrum
Der zweite große Trend in Rechenzentren ist Nachhaltigkeit. Festplatten können hier gleich in zweierlei Hinsicht punkten. Zum einen durch Energieeffizienz: Das Drehen der Spindel mit den Magnetscheiben benötigte früher üblicherweise 10 Watt pro Laufwerk, doch durch die Füllung der Gehäuse mit Helium statt Luft konnte der Verbrauch auf etwa 7 bis 8 Watt reduziert werden.
Die einzige Möglichkeit, noch energieeffizienter zu werden, sind höhere Speicherkapazitäten, sodass der Verbrauch pro TByte sinkt – die neuen Modelle mit höheren Kapazitäten tragen also zu einem nachhaltigeren Rechenzentrumsbetrieb bei. Zusätzlich denken die Betreiber der Anlagen darüber nach, wie sie Festplatten stromsparender einsetzen können, etwa durch die Nutzung von Idle- und Stand-by-Modi.
Zudem kann das Recycling von Festplatten die Nachhaltigkeit von Rechenzentren verbessern. Der erste große Schwung an Festplatten wurde vor sechs, sieben Jahren in den Rechenzentren installiert, um Cloud-Dienste bereitzustellen und auszubauen. Diese Laufwerke erreichen derzeit das Ende ihres Lebenszyklus und werden ausgemustert. Festplatten bestehen zu großen Teilen aus Aluminium und Kupfer, deshalb sind sie leichter zu recyceln als andere Komponenten und Materialien wie Leiterplatten, Chips und Kunststoffe. Daher kann man davon ausgehen, dass HDDs ein integraler Bestandteil der Kreislaufwirtschaft werden, die auf dem Recycling und der Wiederverwendung von Produkten basiert.
Die meisten Festplatten werden für Cloud- und Enterprise-Anwendungen genutzt. Deren Betreiber erwarten von HDD-Lieferanten zunehmend eine partnerschaftliche Zusammenarbeit, um gemeinsam die besten Technologien und Konfigurationen für ihre ganz spezifischen Installationen zu finden. Aus diesem Grund betreibt beispielsweise Toshiba ein europäisches HDD Lab, in dem verschiedene HDD-Kombinationen Funktions- und Performance-Tests unterzogen werden.
Erst kürzlich wurde dort ein JBOD-Gehäuse (Just a Bunch of Disks) im Top-Loader-Design mit 78 18-TByte-HDDs bestückt, das insgesamt 1,4 Petabyte bereitstellt und an einen Server angeschlossen ist. In dieser Infrastruktur kann die Leistung einer einzelnen HDD, aber auch die Leistung einer beliebigen Kombination der 78 HDDs ermittelt werden: Einzelne Laufwerke lassen sich gezielt ansteuern und weitere inkrementell zuschalten. Sind alle 78 HDDs aktiv, erreicht das System einen Datendurchsatz von fast 17 GByte/s.
Mit dieser Infrastruktur lässt sich auch feststellen, wie verschiedene HDD-Modelle zusammenarbeiten und welche Konfiguration die optimale für die jeweilige Aufgabe ist. Dadurch sparen sich Unternehmen die Investitionen in Anschlüsse und Laufwerke zu Testzwecken, die nicht immer kosteneffizient sind. Zuletzt wurden im HDD Lab von Toshiba HDD-Kombinationen getestet, die schnell genug für die Archivierung von Daten, Videostreaming, den Betrieb von Webshops und die Bereitstellung von Daten etwa für Navigationssysteme sind. Diese Zusammenarbeit mit Herstellern ist von entscheidender Bedeutung für Unternehmen, die HDDs im großen Maßstab einsetzen und die Lebensdauer ihrer Installationen verlängern wollen.
Sonderfall Videostreams
Nicht zuletzt in der Videoüberwachung steigen die Anforderungen an Datenspeicher durch höher auflösende Videostreams, die rund um die Uhr aufgezeichnet werden. Wird Speicher in den Kameras selbst benötigt, ist das üblicherweise ein Flashspeicher, während die zentralen Videorekorder meist mit einer oder mehreren Festplatten ausgestattet sind. In einigen Teilen der Welt wie der EU, wo wegen der DSGVO die meisten Videos nur kurze Zeit aufbewahrt werden dürfen, könnten Systemanbieter auch SSDs mit geringer Kapazität in Betracht ziehen – schließlich liegen die Kosten von HDDs und SSDs bei geringen Speicherkapazitäten in einigen Szenarien auf einem ähnlichen Niveau.
Allerdings ist Videoüberwachung eine sehr schreibintensive Anwendung – das regelmäßige Überschreiben der Daten, die jeweils nur für einige Tage vorgehalten werden, würde die Flashspeicher schnell verschleißen. Festplatten hingegen unterliegen dieser Einschränkung nicht und können beliebig oft beschrieben werden.
Festplatten haben eine glänzende Zukunft, da Unternehmen weiterhin auf Speichermedien angewiesen sind, die hohe Kapazitäten zu niedrigen Kosten bereitstellen. Toshiba wird deshalb weiter in Forschung und Entwicklung investieren. Das Ziel sind die schrittweise Verbesserung unserer HDD-Technologie und der Ausbau der Produktionskapazitäten, um der Nachfrage gerecht zu werden.
Durch die enge Zusammenarbeit mit den Ausrüstern von Rechenzentren, den Anbietern von Videoüberwachungssystemen und OEMs stellt Toshiba zudem sicher, dass HDDs aktuelle und künftige Anforderungen erfüllen und auch in Zukunft eine zentrale Rolle bei der Datenspeicherung im Informationszeitalter spielen werden.
Rainer W. Kaese ist Senior Manager für den Bereich HDD Business Development bei Toshiba Electronics Europe.
