{"id":165553,"date":"2025-06-09T13:12:48","date_gmt":"2025-06-09T20:12:48","guid":{"rendered":"https:\/\/blog.everpuredata.com\/?p=165553"},"modified":"2025-06-24T13:41:19","modified_gmt":"2025-06-24T20:41:19","slug":"device-level-comparisons-embodied-carbon-in-flash-hdds","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.everpuredata.com\/de\/perspectives\/device-level-comparisons-embodied-carbon-in-flash-hdds\/","title":{"rendered":"Wie schneidet der Embodied Carbon in Flash im Vergleich zu Festplatten ab?: Teil 2"},"content":{"rendered":"\n
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Zusammenfassung<\/h3>\n\n\n\n

The writing is on the wall for HDD. With its declining performance per TB, HDD isn\u2019t suitable for the evolving needs of data centers. Enterprises are turning to flash storage for its better density, performance, and power efficiency.<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

\"image_pdf\"<\/a>\"image_print\"<\/a><\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
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Die Studie der University of Wisconsin, auf die in Teil 1<\/a> dieser Blogreihe Bezug genommen wurde, verglich CO2e (auch bekannt als Herstellungsemissionen) auf Storage-Ger\u00e4teebene. F\u00fcr L\u00f6sungen, die nur ein einziges Ger\u00e4t ben\u00f6tigen, um die Performance- und Kapazit\u00e4tsanforderungen zu erf\u00fcllen, kann dies ein g\u00fcltiger Vergleich selbst mit den neuesten Werten f\u00fcr CO2e pro Ger\u00e4t sein. In Unternehmenssystemen sind solche direkten Vergleiche zwischen Ger\u00e4ten jedoch oft irref\u00fchrend. Performance und Kapazit\u00e4t skalieren \u00fcber Storage-Technologien hinweg unterschiedlich, und das Ignorieren dieser Dynamik auf Systemebene f\u00fchrt zu fehlerhaften Schlussfolgerungen.<\/p>\n\n\n\n

Um einen aussagekr\u00e4ftigen Vergleich zwischen Enterprise-Storage-Systemen zu erstellen, m\u00fcssen wir mit den Performance- und Kapazit\u00e4tsanforderungen auf Systemebene beginnen und dann Konfigurationen erstellen, die diese Anforderungen mit HDDs oder SSDs erf\u00fcllen. Flash-Storage-Systeme bieten nicht nur eine h\u00f6here Kapazit\u00e4tsauslastung, sondern auch eine Inline-Datenreduktion bei minimalen Performance-Einbu\u00dfen. Und da SSDs mehr Dichte pro Ger\u00e4t packen, werden weniger Einheiten f\u00fcr eine bestimmte Systemkapazit\u00e4t ben\u00f6tigt. Auf der anderen Seite erfordert eine geringere Performance bei Festplatten oft einen \u00dcberschuss an Laufwerken, um die Durchsatzanforderungen zu erf\u00fcllen. Dadurch werden Kosten, Strom, verk\u00f6rperte und betriebliche Emissionen sowie Elektroschrott drastisch erh\u00f6ht.<\/p>\n\n\n\n

Der Ausfall der HDD-Performance pro Terabyte<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Um zu verstehen, warum beim Vergleich von Storage-Systemen solche drastischen Steigerungen stattfinden,<\/strong> m\u00fcssen wir zun\u00e4chst die HDD-Performance ber\u00fccksichtigen. Obwohl HDDs je nach Schnittstelle und Rotationsgeschwindigkeit in der Performance unterschiedlich sind, liegen selbst die schnellsten Festplatten von heute bei etwa 200-300MB\/s oder 200 bis 300 IOPS. Interessanterweise kann die Verwendung hoher Queue-Tiefen oder eines ungesch\u00fctzten Write-Back-Cache die IOPS von HDD svon der Basis von etwa 200 bis 300 IOPS im Bereich von 500 oder sogar 1.000 IOPS verbessern. F\u00fcr technische Marketingaussagen und Produktdatenbl\u00e4tter sind diese Verbesserungen eine bonanza. Leider sind sie in Bezug auf die durchschnittlichen Latenzzeiten und die Latenzzeiten sehr teuer. Wie dieser Artikel von Tom\u2019s Hardware<\/a> zeigt, ist die Performance immer noch um ein paar Gr\u00f6\u00dfenordnungen niedriger als jetzt sechs Jahre alte SSDs. Und dies sind die besten Szenarien f\u00fcr HDDs. Real-World-Workloads mit nur einem kleinen Bruchteil von zuf\u00e4lligen Small-Block-I\/O k\u00f6nnen die verbleibende sequenzielle Workload-Performance halbieren, wodurch HDD an Anwendungsf\u00e4lle mit geringer Performance-Kapazit\u00e4t delegiert wurde. F\u00fcr den Aufbau gro\u00dfer Systeme verwenden Unternehmen h\u00e4ufig HDDs mit 24TB-28TB. Aber die wachsende Performance pro TB-Anforderungen mit diesen Ger\u00e4ten zu erf\u00fcllen, ist ein Verlust.<\/p>\n\n\n\n

In einem k\u00fcrzlich erschienenen Meta-Engineering-Blog<\/a> wird der grundlegende Fehler bei der aktuellen HDD-Skalierung aufgedeckt: Die Performance pro Terabyte (BW\/TB) bricht zusammen. Wenn die Festplattenkapazit\u00e4ten wachsen, skaliert ihr Durchsatz nicht entsprechend, wenn die Kapazit\u00e4tssteigerung durch Hinzuf\u00fcgen von Platten oder durch Verringern des Platzes zwischen den Bahnen erreicht wird. Das Ergebnis? Ingenieure sind gezwungen, HDDs zu \u00fcberprovisionieren, um Bandbreitenanforderungen zu erf\u00fcllen oder hei\u00dfe Daten auf teure SSD-Tiers zu \u00fcbertragen \u2013 beides bringt Kosten und Komplexit\u00e4t mit sich. Meta kam schlie\u00dflich zu dem Schluss, dass HDDs die Anforderungen selbst von archivierten oder kapazit\u00e4tszentrierten Workloads nicht mehr erf\u00fcllen konnten und ihren Weg von ihnen ganz beschleunigen.<\/p>\n\n\n\n

\"Kohlenstoff<\/figure>\n\n\n\n
Abbildung 1: Anhaltender Durchsatz pro Terabyte nimmt mit steigender HDD-Kapazit\u00e4t stark ab. <\/em>Quelle<\/em><\/a>.<\/em><\/h6>\n\n\n\n

Die Messungen von Meta zeigen, dass der Durchsatz pro Terabyte mit zunehmender HDD-Kapazit\u00e4t deutlich abnimmt \u2013 von \u00fcber 15 MBps\/TB bei 12TB auf unter 6 MBps\/TB bei 30TB. Dieser Trend unterstreicht die sinkende Performance pro TB, die HDDs selbst f\u00fcr kapazit\u00e4tszentrierte Anwendungen unbrauchbar macht.<\/p>\n\n\n\n

Dieser Zusammenbruch ist keine Fu\u00dfnote, sondern eine existenzielle Bedrohung. Tats\u00e4chlich ist dies der Anfang des Endes f\u00fcr HDDs im Rechenzentrum.Toms Hardware<\/a> unterstreicht diesen Verlauf und zeigt, dass selbst 2019 Mid-Tier-SATA-SSDs den Durchsatz von Hochleistungs-HDDs verdoppeln, w\u00e4hrend NVMe-SSDs die 10- bis 15-fache Performance bieten. Bei Workloads mit wachsenden Performance-Anforderungen sind HDDs in den letzten f\u00fcnf Jahren immer irrelevanter geworden.<\/p>\n\n\n\n

Der letzte Stand der Branche \u2013 und die Flash-Reality<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

HDD-Hersteller k\u00e4mpfen gegen den unerm\u00fcdlichen Anstieg von Flash-Storage. Die Performance-L\u00fccke zwischen HDDs und SSDs wird immer deutlicher, insbesondere bei leicht datenintensiven Workloads. W\u00e4hrend HDDs immer noch f\u00fcr Massen- und Kaltspeicherung geeignet sind, nimmt ihre Rolle bei der aktiven Datenverarbeitung ab. Hersteller versuchen, HDDs relevant zu halten, indem sie Technologien wie hitzegest\u00fctzte magnetische Aufzeichnung (HAMR) und mikrowellengest\u00fctzte magnetische Aufzeichnung (MAMR) einf\u00fchren, aber diese Bem\u00fchungen scheinen ein letzter Versuch zu sein, den unvermeidlichen R\u00fcckgang von HDDs in Umgebungen mit mittlerer bis niedriger Performance zu verl\u00e4ngern.<\/p>\n\n\n\n

Hersteller von HDDs haben auch versucht, ein Energieeffizienzargument zu verwenden, aber w\u00e4hrend HDDs etwas weniger Strom f\u00fcr Leerlaufvorg\u00e4nge verbrauchen, wie in den Stromverbrauchstests von Tom Hardware hervorgehoben, ist ihre Gesamteffizienz der von SSDs unterlegen. Der Hardware-Artikel von Tom lieferte ein konkretes Beispiel f\u00fcr das Problem f\u00fcr HDD. Obwohl die WD Black HDD ein angemessenes Leistungsverh\u00e4ltnis bei anhaltenden Schreibvorg\u00e4ngen bietet, bieten SSDs wie der MX500 und SN750 eine wesentlich bessere Energieeffizienz pro Watt sowohl bei aktiver Nutzung als auch bei Leerlaufzust\u00e4nden, was sie zu einer nachhaltigeren Wahl f\u00fcr moderne Rechenzentren macht. Die Performance-Einschr\u00e4nkungen von HDDs, die durch den geringeren Kostenvorteil noch verst\u00e4rkt werden, machen deutlich, dass Flash-Storage die Zukunft von Low-, Mid- und High-Performance-Computing und -Storage dominieren wird.<\/p>\n\n\n\n

Metas \u00dcbergang ist ein Signal. Der Untergang der HDD ist keine weit entfernte Prognose \u2013 er findet jetzt statt. Die wachsende Performance-L\u00fccke zwischen HDDs und SSDs, insbesondere in Umgebungen, in denen Hochleistungs-Storage f\u00fcr hei\u00dfe Daten erforderlich ist, zwingt Meta und andere Rechenzentren dazu, sich f\u00fcr Flash-Storage zu entscheiden, um die Dichte, Performance und Energieeffizienz zu verbessern.\u00a0 Sie stellten fest, dass die abnehmende Performance pro TB HDD zunehmend f\u00fcr die sich entwickelnden Anforderungen von Rechenzentren ungeeignet ist. Dies hat zu dem breiteren Branchentrend gef\u00fchrt, sich von HDDs zu entfernen, anstatt effizientere, leistungsf\u00e4higere SSD-L\u00f6sungen zu nutzen.<\/p>\n\n\n\n

Festplatten: Kapazit\u00e4t ohne Performance \u2013 und selbst das scheitert<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Der letzte Zufluchtsort f\u00fcr HDDs war ihr niedriger Wert von $\/GB und ihre hohe Kapazit\u00e4t. Aber selbst dieser Zufluchtsort hat sich in den letzten Jahren rasant erobert. Bei vielen Unternehmens-Workloads sind selbst minimale Performance-Schwellenwerte mit HDDs nicht mehr erreichbar. Wie ich etwas sp\u00e4ter zeigen werde, w\u00fcrde ein System mit 48GB,8 PB, das aus 28TB-Festplatten gebaut wurde, mehr als 240 Ger\u00e4te ben\u00f6tigen \u2013 mehr als das Doppelte der Anzahl, die allein erforderlich ist, um die Kapazit\u00e4tsanforderungen zu erf\u00fcllen. Bei Small Block I\/O verschlechtert sich die Geschichte: Eine bescheidene Workload von 200.000 IOPS kann mehr als 800 Festplatten erfordern.<\/p>\n\n\n\n

Im Gegensatz dazu k\u00f6nnen moderne QLC-SSDs sowohl Kapazit\u00e4t als auch Performance bieten. Ein 4,8-PB-System kann aus weniger als 100 Ger\u00e4ten aufgebaut werden und erzielt denselben oder einen besseren Durchsatz bei weniger Strom-, Platz- und CO2e-Einbu\u00dfen. Und das schlie\u00dft nicht die zus\u00e4tzlichen Vorteile einer besseren Zuverl\u00e4ssigkeit, l\u00e4ngerer Lebensdauer und geringerer Ausfallraten ein.<\/p>\n\n\n\n

Vergleiche auf Systemebene erz\u00e4hlen die wahre Geschichte<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Laut einem k\u00fcrzlich von der Harvard University and Meta<\/a> ver\u00f6ffentlichten Forschungspapier variiert der CO2-Fu\u00dfabdruck pro Gigabyte f\u00fcr Storage-Technologien stark:<\/p>\n\n\n\n