So speichern wir in Zukunft Daten

Unterschiede der Memory- und Storage-Techniken

von - 11.03.2016
Unternehmen, die mit Daten arbeiten, möchten diese nicht nur blitzschnell verarbeiten, sondern sie auch lange, kostengünstig und energieeffizient archivieren. Betrachtet man die Spanne zwischen dem schnellsten und teuersten Medium, dem CPU-Register, und dem günstigsten, aber auch langsamsten Medium, dem Magnetband (Tape), so lassen sich die Medien in Memory- und Storage-Techniken unterteilen.
CPU-Register, NAND und HDDs: Vergleicht man die Zugriffszeiten der CPU-Register mit denen von NAND-SSDs und Festplatte, wird schnell klar, dass aktuelle Speichertechniken bezüglich des Tempos bei der Bereitstellung von Daten immer noch einen Flaschenhals
CPU-Register, NAND und HDDs: Vergleicht man die Zugriffszeiten der CPU-Register mit denen von NAND-SSDs und Festplatte, wird schnell klar, dass aktuelle Speichertechniken bezüglich des Tempos bei der Bereitstellung von Daten immer noch einen Flaschenhals darstellen.
Memory-Techniken sind überaus schnell, teuer und flüchtig – sie benötigen Strom, um den Speicher zu behalten. Storage-Techniken sind deutlich langsamer, dafür aber persistent – die Inhalte bleiben auch ohne Strom erhalten.

Performance-Lücke schließen

Sieht man sich die aktuellen Speichertechniken an, so fällt auf, dass es zwischen DRAM (60 bis 70 ns) und Flash (100 µs) eine Lücke gibt, die mehr als den Faktor 1000 beträgt. Diese Lücke sollen Speichertechniken schließen, deren Zugriffszeiten sich im Nanosekunden-Bereich bewegen, die nicht flüchtig sind und deren Kosten deutlich unterhalb von DRAM liegen. Gemeint sind Techniken, die die Unterschiede zwischen Memory und Storage überwinden – die also zugleich extrem schnell und kostengünstig sind. Die verschiedenen Ansätze, die es hier gibt, ordnet man der Kategorie Storage Class Memory (SCM) zu.
Speichertechniken im Vergleich
Die Tabelle zeigt die derzeit verfügbaren Speichertechniken zusammengefasst nach der Art ihrer Anbindung an das System. Speicher, der direkt an den Prozessor angebunden wird, bringt deutliche Geschwindigkeitsvorteile.

Art

Technologie

Zugriffszeiten

Kosten

Eigenschaften

Memory-Techniken

(direkt am CPU-/ Memory-Bus)

CPU-Register

am schnellsten (unter 1 ns)

sehr teuer

flüchtig, benötigt Strom

Cache (SRAM, EDRAM)

extrem schnell (wenige ns)

teuer

flüchtig, benötigt Strom

DRAM

sehr schnell

(60 bis 70 ns)

relativ teuer

flüchtig, braucht laufend Refreshes (Strom)

Storage-Techniken

(an einem IO-Bus – etwa SATA)

Flash

langsam (100 bis 300 µs)

derzeit teuerste Storage-Technik; wird aber aufgrund der sinkenden Kosten langfristig die Festplatten verdrängen

persistent, Blöcke müssen komplett gelöscht werden, bevor sie beschrieben werden können. Flash-Speicher haben eine begrenzte Lebensdauer (limitierte Anzahl von Schreibzyklen)

Festplatte

langsamer als Flash (5 bis 10 ms)

derzeit noch günstig, zumindest wenn große und langsame Festplatten mit Flash-Speicher verglichen werden

persistent, gute Haltbarkeit

Magnetband (Tape)

extrem langsam

kostengünstigste Speichertechnologie

persistent, sehr gute Haltbarkeit, gute Bandbreiten (sequenziell)

Einer dieser SCM-Ansätze ist Phase-Change Memory (PCM). Phase-Change Memory basiert auf Materialien (in der Regel sind es Chalkogenide), die zwischen einem amorphen Zustand mit hohem elektrischem Widerstand und einem kristallinen Zustand mit geringem Widerstand hin und her wechseln können. Solche Materialien werden seit etlichen Jahren in wiederbeschreibbaren Medien von optischen Laufwerken eingesetzt.
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