Wat voor opslag moet ik kiezen voor dedicated servers? NVMe, SATA SSD of HDD?

Samenvatting - De prestaties van dedicated servers worden sterk beïnvloed door de keuze van het type harde schijf. Met de introductie van solid-state drives in de jaren tachtig is er een grote verandering geweest ten opzichte van conventionele HDD's. SSD's die gebruikmaken van NAND-Flash geheugen bieden snellere gegevenstoegang, een langere levensduur en meer betrouwbaarheid. Dankzij deze innovatie is de beperking van processorprestaties niet langer relevant. In plaats daarvan is de opslaginfrastructuur aan het licht gekomen als mogelijk beperkend element.

Webhostingbedrijven geven traditioneel de voorkeur aan harde schijven, maar SSD's zijn vanwege hun mechanische aard efficiënter dan harde schijven. Het is echter cruciaal om de verschillen tussen SATA en de recentere NVMe SSD te begrijpen. NVMe SSD's verlagen de latentie aanzienlijk en verhogen de gegevensoverdrachtsnelheden door gebruik te maken van PCIe in plaats van SATA. Dit soort technologische vooruitgang is essentieel voor sectoren zoals gezondheidszorg, gaming en militaire toepassingen die een lage latentie nodig hebben.

De introductie van NVMe heeft ook de vooruitgang in machine learning (ML) en kunstmatige intelligentie (AI) versneld door de snelle analyse van enorme datasets mogelijk te maken. Tegelijkertijd combineert RAID-technologie veel harde schijven in speciale servers, waarbij een afweging wordt gemaakt tussen redundantie, capaciteit en prestaties op basis van de configuratie van de server.

Hoewel harde schijven nog steeds een beter betaalbare optie zijn voor gegevensopslag op de lange termijn, valt niet te ontkennen dat SSD's beter presteren dan harde schijven op het gebied van prestaties en betrouwbaarheid. Maar sommige van deze beperkingen kunnen worden verminderd door RAID-arrangementen, die de prestaties en betrouwbaarheid van HDD's verbeteren.

Het is van cruciaal belang om rekening te houden met alle aspecten, zoals budget, prestatiebehoeften en het type toepassing bij het kiezen van de beste opslagoptie voor een dedicated server. Zowel HDD's en SSD's als dedicated servers met RAID-ondersteuning hebben hun eigen rol, maar de keuze moet worden gemaakt met de omstandigheden in het achterhoofd. Onthoud dat het kiezen van de beste technologische oplossing voor een bepaalde reeks vereisten net zo belangrijk is als het kiezen van de meest geavanceerde optie.

Welk type is het beste voor opslag? NVMe of SATA SSD's of HDD's?

Dit blogartikel verzamelt bewijs voor het kiezen van NVMe SSD-hosting als de beste optie voor serveropslag, terwijl de drie opties worden gedemystificeerd om u te helpen een weloverwogen beslissing te nemen.

De ontwikkeling van serverschijven heeft een grote sprong voorwaarts gemaakt met de introductie van solid-state drives in de jaren tachtig. Deze maken gebruik van NAND-Flash geheugen, in tegenstelling tot traditionele HHD's (harde schijven). Dergelijke serverschijven hebben geen bewegende onderdelen, wat een factor is die bijdraagt aan de toegenomen betrouwbaarheid van SSD's. Dit zorgt voor een langere levensduur van SSD's. Dit zorgt voor een langere periode van betrouwbare hostingservice. Met SSD's is de snelheid waarmee onderdelen verslechteren veel lager, net als de kans dat gegevens verloren gaan als gevolg van fysieke schade. En ook de snelheid is hier aanzienlijk hoger. Over het algemeen kan een SSD-module ongeveer 10 keer sneller zijn dan een HDD-module.

Processorprestaties zijn niet langer per se een beperkende factor voor de meeste serversystemen. Servers kunnen echter wel worden beperkt door de opslaginfrastructuur. Dit wordt geïllustreerd door het feit dat de toegangslatentie van harde schijven wordt gemeten in milliseconden, terwijl de prestaties van SSD's worden gemeten in honderden microseconden. Een SSD kan zeker een aanzienlijke upgrade van de opslagprestaties betekenen en kan zelfs serversystemen die een paar jaar oud zijn nieuw leven inblazen en geweldige prestaties leveren. In het algemeen kan SSD de grootste prestatieverbetering van alle mogelijke serverupgrades bieden.

NVMe SSD vs. SATA SSD

Voor moderne toepassingen is het niet verrassend dat SSD steeds vaker wordt gebruikt als de primaire keuze voor opslaginfrastructuur. Het is duidelijk dat SSD's veel sneller gegevens kunnen schrijven dan HDD's, maar hoe zit het met NVMe SSD versus SATA SSD? SSD's communiceren met de rest van een serversysteem via het SATA- of NVMe-protocol. Laten we een snelle vergelijking maken tussen SATA SSD's en NVMe SSD's.

Non-Volatile Memory Express, kortweg NVMe, is een technologie die de prestaties van solid state drives nog verder verbetert. Vergeleken met conventionele SATA SSD opslagmethoden is het een snellere en nog effectievere methode om gegevens te schrijven naar en op te halen van SSD's. Kortom, NVMe SSD-opslagtechnologie kan verder helpen bij het verlagen van de latentie, het verhogen van de gegevensoverdrachtsnelheden en het verbeteren van de prestaties en betrouwbaarheid in het algemeen, maar laten we in dit blogartikel dieper ingaan op de kenmerken en voordelen.

Op basis van de architectuur zal een NVMe SSD altijd sneller zijn dan een SATA SSD. Hoewel ze allebei gebruik maken van NAND-geheugen om de gegevens op te slaan, zal de snelheid van levering niet gelijk zijn door de manier waarop de gegevens worden getransporteerd. Hoewel gegevens via een SATA-controller worden verzonden, wordt de snelheid waarmee ze worden verplaatst vertraagd door de overhead van de gegevensoverdracht.

Aan de andere kant, aangezien NVMe SSD's geen controller nodig hebben, is de snelheid van de gegevensoverdracht afhankelijk van zowel de processors die de gegevensoverdracht aanvragen als de snelheid van de PCIe bus. De PCIe-bus wordt door NVMe gebruikt om de snelheid van gegevensoverdracht te verhogen. De Advanced Host Controller Interface (AHCI) wordt daarentegen gebruikt door SATA en biedt een standaardinterface voor interactie tussen opslagapparaten en de controller. Daarom zijn NVMe SSD's in staat om een grotere bandbreedte en een lagere latentie te bieden, terwijl ze gebruik maken van de verwerkingscapaciteit van de CPU om een eigentijds protocol voor gegevensoverdracht te bieden. NVMe SSD's zullen ook blijven versnellen met de nieuwste PCIe-generaties. De NVMe-technologie is ook zeer schaalbaar omdat deze niet afhankelijk is van een controllerinterface, maar van de PCIe-lanes.

NVMe SSD en SATA SSD vs. HDD

HDD's waren in het verleden het primaire opslagapparaat dat door de meeste webhostingbedrijven werd gebruikt. Aan HDD's ligt een eenvoudige technologie ten grondslag. Gegevens worden opgeslagen op een metalen plaat of schijf met een kleine magnetische coating. De binaire codes 0 en 1 worden op de plaat geschreven door een leesarm of leeskop die erin beweegt. Om die gegevens te openen of op te halen, beweegt deze HDD-kop naar dezelfde locatie en voert de vereiste actie uit. De RPM (revolutions per minute, ofwel omwentelingen per minuut) is cruciaal voor de prestaties van een HDD. Een HDD met een hogere RPM kan beter werken. Zelfs dan, hoewel de HDD-prestaties afhankelijk zijn van de RPM, met andere woorden, hoe snel de HDD-kop draait, mist HDD efficiëntie en snelheid in vergelijking met SATA SSD en NVMe SSD.

Daarnaast hebben harde schijven meer stroom nodig dan SSD's vanwege hun bewegende onderdelen. Dit heeft misschien geen significante invloed bij het inzetten van een enkele dedicated server, maar kan wel van belang zijn bij het gebruik van meerdere dedicated servers, vooral als er met tientallen servers of zelfs meer wordt gewerkt. Daarnaast is het vermelden waard dat opslagcomponenten in een server verantwoordelijk zijn voor een aanzienlijk deel van het energieverbruik van een server, waarbij een percentage van 35 procent van het energieverbruik van een server wordt genoemd.

Zijn harde schijven dan helemaal irrelevant geworden voor dedicated serverimplementaties in vergelijking met NVMe SSD en SATA SSD? Nee, zo kun je het niet stellen. Integendeel, het hangt af van de use case. Voor sommige toepassingen kan het schrijfbehoud een probleem zijn. Het NAND-flashgeheugen van SSD's heeft een beperkte capaciteit voor herschrijven en is dus gevoelig voor bitrot als gegevens er langere tijd op blijven staan. Deze problemen kunnen erger worden naarmate NAND flash-apparaten ouder worden, meer capaciteit krijgen en vaker worden gebruikt.

Omdat ze vaak dichter zijn, kunnen harde schijven in serversystemen gegevens op de lange termijn beter vasthouden, waardoor de integriteit en betrouwbaarheid in de loop van de tijd beter gewaarborgd zijn. HDD's worden daarom veel gebruikt in toepassingen voor gegevensopslag, zoals back-up- en archieftoepassingen die geen snelle gegevenstoegang vereisen, ook uit kostenoverwegingen. HDD's kunnen ook een goede keuze zijn voor zeer grote opslagtoepassingen, NAS en RAID's. NAS (networked attached storage) zorgt ervoor dat verschillende gebruikers en apparaten die zijn aangesloten op een lokaal netwerk (LAN) toegang hebben tot gegevens vanuit een gecentraliseerde opslagruimte op het netwerk. RAID (redundant array of independent disks) is een soort opslagsysteem dat de prestaties, betrouwbaarheid en toegankelijkheid van gegevensopslag verbetert door veel fysieke schijfeenheden te combineren in een gevirtualiseerde logische eenheid. HDD's in serversystemen vinden dus hun niche in duurzaamheid en kosteneffectiviteit.

Het lijdt geen twijfel dat SSD's betrouwbaarder en sneller zijn dan harde schijven, maar SSD's zijn duurder dan harde schijven, wat de belangrijkste reden is dat ze niet voor alle dedicated serverconfiguraties worden gebruikt. De hogere kosten zijn natuurlijk goed te rechtvaardigen in dedicated serverconfiguraties met hoge prestaties, waarbij de serverprestaties aanzienlijk kunnen toenemen wanneer SSD's worden gebruikt. Voor uitgebreide toepassingen en snelgroeiende websites die een groot publiek bedienen, kan dit aanzienlijke snelheidsverschil heel nuttig zijn.

Nogal wat websites of lichtgewicht bedrijfstoepassingen kunnen echter goed functioneren zonder SSD's. Een op HTML-bestanden gebaseerde website die niet veel systeembronnen gebruikt, heeft bijvoorbeeld niet veel baat bij een overstap van HDD's naar SSD's. Op dezelfde manier kunnen content delivery networks (CDN's) en caching worden gebruikt door een relatief kleinere blog met maximaal 1000 bekeken pagina's per dag om de vraag onder controle te houden en op goedkopere dedicated servers op basis van harde schijven te blijven. SSD's hebben zeker voordelen, maar niet noodzakelijkerwijs in situaties met webhosting met een laag profiel en servers met weinig vraag. Onder deze omstandigheden is er niet veel ruimte voor extravagante hardware omdat webhostingbedrijven soms met zeer krappe marges werken terwijl hun klanten het misschien niet per se nodig hebben voor hun activiteiten.

Toepassingen in e-commerce, bankieren, AI, ML

Terug naar de NVMe-opslagtechnologie. Zoals gezegd bieden NVMe-schijven een interface op basis van PCIe in plaats van SATA, waardoor er meer bandbreedte naar het flashgeheugen gaat en de mogelijkheden van het flashgeheugen beter kunnen worden benut. Latencies kunnen nu nog verder afnemen van de microseconden die SATA SSD's boden tot milliseconden met NVMe-uitgeruste speciale servers. IOPS en doorvoermogelijkheden van en naar het flashgeheugen nemen ook aanzienlijk toe bij gebruik van NVMe-technologie, waarbij PCIe meer dan 25 keer de gegevensoverdrachtmogelijkheden biedt in vergelijking met SATA, terwijl de latentietijden aanzienlijk worden verbeterd.

Ondersteuning voor verschillende formaten en connectiviteit is ook een groot pluspunt van NVMe-technologie, waardoor opslagarchitecturen de flexibiliteit hebben om flash-gebaseerde substituten op te nemen. Door de interfaces te stroomlijnen, maakt deze directe connectiviteit het schrijven en ophalen van gegevens uit SSD-opslag eenvoudiger. PCIe en NVMe zijn daarom in staat om knelpunten te verminderen door 'inefficiënte' SATA-bussen te vervangen. Dit kan leiden tot snellere en effectievere opslagopties voor verschillende toepassingen.

Hoewel NVMe dedicated servers het potentieel hebben om veel industrieën te transformeren, maken ze al grote vooruitgang in een paar belangrijke sectoren. Met de introductie van NVMe-technologie ondergaan toepassingen op het gebied van bankieren en e-commerce aanzienlijke veranderingen. De mogelijkheid om gegevens snel te verwerken, vertaalt zich in real-time toegankelijkheid van gegevens, wat cruciaal is voor deze sectoren. De snelheid van NVMe kan effectiviteit en klanttevredenheid garanderen in situaties waarin banktransacties, zoals het verhandelen van vreemde valuta, of online winkelprocedures afhankelijk zijn van snelle beoordelingen.

NVMe-technologie wordt ook zeer gewaardeerd voor gebruik in missiekritische toepassingen zoals de gezondheidszorg, of de levering van videogames, of bijvoorbeeld militaire toepassingen, die allemaal een hoge prioriteit kunnen geven aan een lage latentie. Met behulp van NVMe kunnen berekeningen sneller worden uitgevoerd, wat de weg vrijmaakt voor betere en tijdige besluitvorming.

Daarnaast zijn er veel voordelen voor kunstmatige intelligentie (AI) en machine learning (ML). Als gevolg van de hogere verwerkingssnelheden die mogelijk worden gemaakt door NVMe-technologie, worden AI- en ML-toepassingen op grotere schaal gebruikt. Dankzij de enorme vooruitgang in rekenkracht die NVMe-technologie mogelijk maakt, kunnen algoritmen nu sneller en effectiever grote datasets analyseren.

RAID-technologie gebruiken in Dedicated Server-opstellingen

Door de kracht van meerdere harde schijven te combineren, biedt RAID, of Redundant Array of Independent Disks, een speciale combinatie van snelheid, capaciteit en redundantie. RAID kan een enkele grote opslagruimte bieden en de snelheid van de server aanzienlijk verhogen, afhankelijk van hoe de dedicated server is geconfigureerd. Bij het onderzoeken van de RAID-varianten, zoals RAID 0, RAID 1, RAID 5/6 en RAID 10, wordt het duidelijk dat elke variant duidelijke voordelen biedt voor capaciteit, prestaties en betrouwbaarheid.

Zoals gezegd worden harde schijven vaak gebruikt omdat ze redelijk betaalbaar zijn, goed passen bij langdurige gegevensopslag tegen beperkte kosten en een energiezuinige aanpak, hoewel hun mechanische ontwerp ervoor kan zorgen dat ze achterblijven qua prestaties en betrouwbaarheid. Om de nadelen te beperken en gebruik te blijven maken van de voordelen van HDD's, kan RAID worden gebruikt om de risico's van HDD's te beperken.

Aan de andere kant, wat we ook in deze blogpost hebben besproken, geven SSD's prioriteit aan prestaties en snelheid. Omdat ze geen bewegende onderdelen hebben, kunnen SSD's aanzienlijk sneller presteren dan harde schijven en hebben ze een lager storingspercentage. Zowel harde schijven als SSD's kunnen worden gebruikt in een RAID-opstelling, hoewel de details van RAID-opstellingen voor beide verschillend zijn.

Onderzoek van verschillende RAID-types

• RAID 0 ( striped ) - Deze fundamentele RAID-opstelling verhoogt de prestaties door veel schijven te combineren in een enkel volume. Maar omdat redundantie ontbreekt, is het kwetsbaar en wordt het vaak alleen gebruikt voor activiteiten waarbij snelheid belangrijker is dan gegevensverlies.
• RAID 1 (gespiegelde schijven) - Bij RAID 1 worden twee identieke schijven gebruikt om gegevens gelijkmatig te spiegelen of repliceren over de schijven van de array. Dit zorgt voor redundantie, waardoor de werking zelfs doorgaat als een schijf uitvalt. RAID 1 verbetert de leesprestaties doordat gegevens van elke schijf in de array kunnen worden gelezen. Het verhoogt echter de schrijflatentie en vereist twee schijven voor de bruikbare capaciteit van één schijf.
• RAID 5/6 (striped met gedistribueerde pariteit) - RAID 5 en 6 zijn effectieve oplossingen om gegevens te behouden, zelfs als een of twee schijven verloren gaan. Ze verbeteren de leessnelheid en vereisen een gespecialiseerde hardwarecontroller voor schrijfprestaties. Deze oplossingen zijn geschikt voor algemene systemen waar de meeste transacties worden gelezen, zoals webservers en bestandsservers. Voor omgevingen waar veel wordt geschreven, zoals databaseservers, zijn RAID 5 of 6 echter niet de beste optie vanwege de potentiële prestatievermindering.
• RAID 10 (gespiegeld schijven en striped ) - RAID 10 is een combinatie van RAID 0 en RAID 1, waarbij minimaal 4 schijven nodig zijn voor meer redundantie en snelheid. De helft van de gestripte gegevens wordt opgeslagen op twee gespiegelde schijven, zodat er geen gegevens verloren gaan als er schijven verloren gaan. Net als bij RAID 1 is slechts de helft van de capaciteit van de schijven toegankelijk, maar de lees- en schrijfsnelheid en de snelheid zijn beter.

Door de beschikbaarheid en uptime van een serversysteem als topprioriteit te stellen voor een dedicated serveropstelling, is RAID een hulpmiddel van onschatbare waarde. Het gebruik van RAID-technologie zorgt voor minimale onderbrekingen door onmiddellijke gegevenstoegang mogelijk te maken, zelfs in het geval van een schijfstoring.

De beste RAID-configuratie wordt grotendeels bepaald door de specifieke vereisten van het doel en het gebruik. Een array zonder redundantie kan de beste optie zijn als kostenbesparing je grootste zorg is en je kunt leven met incidentele uitval en de mogelijkheid om belangrijke gegevens te verliezen. Deze optie kan voordelig zijn als je kunt verdragen dat je website of bedrijfsapplicatie enige tijd uit de lucht is of als je een deel van je gegevens verliest (wat natuurlijk kan worden opgevangen via back-ups).

Als de gegevens triviaal zijn en verloren mogen gaan, maar efficiëntie echt essentieel is (zoals bij caching), dan kan RAID 0 een passende optie zijn. Als de prestaties moeten worden verbeterd, kan dit goed werken. Er bestaat echter een kans dat je gegevens verliest (ook dit kan worden opgevangen via back-ups).

RAID 1 biedt echter een geweldig compromis tussen gegevensredundantie en kosteneffectiviteit. In deze spiegelopstelling worden gegevens gekopieerd op twee schijven. De veiligheid van de gegevens is dus gegarandeerd, want in het geval dat één schijf het begeeft, heeft de andere een identiek duplicaat.

Configuraties met RAID 5 en 6 zijn vooral geschikt voor grote databases of webservers, of andere gevallen waarbij leesintensieve processen belangrijk zijn. Verbeterde leessnelheid en een zekere mate van fouttolerantie worden mogelijk gemaakt door deze RAID-niveaus, die gegevens strippen over meerdere schijven met pariteit. Met dubbele pariteit biedt RAID 6 een extra mate van gegevensbeveiliging.

De meest veelzijdige van de drie is RAID 10, wat een mix is van RAID 1 en 0. Voor redundantie worden gegevens gerepliceerd en voor een hogere snelheid worden gegevens gestript. Dit maakt RAID 10 een geliefde optie voor iedereen die op zoek is naar opslagoplossingen die snelheid en beveiliging combineren.

RAID-systemen: Hardware vs. Software

Dedicated servers kunnen worden geleverd met software RAID of hardware RAID. Het belangrijkste voordeel van het gebruik van software RAID is dat het gebruik maakt van de computermiddelen van het besturingssysteem waarin de RAID-schijven zijn geïnstalleerd. Er is geen extra hardware RAID-controller nodig, wat de kosten verlaagt. Het laat gebruikers van dedicated servers ook toe om array-configuraties te wijzigen zonder dat een hardware RAID-controller in de weg zit.

Het grootste nadeel van software RAID is dat het meestal trager is. Zowel de lees- als schrijfprestaties van een RAID-opstelling en andere serverfuncties kunnen erdoor vertraagd worden. Het vervangen van beschadigde schijven met behulp van software RAID is een beetje lastiger. Voordat men de schijf vervangt, moet het systeem verteld worden om de schijf niet meer te gebruiken.

Hardware RAID handhaaft de RAID-configuratie zonder afhankelijk te zijn van het besturingssysteem via het gebruik van controllers. Daarom is er geen verlies van verwerkingskracht op de schijven onder het beheer van de RAID-controller. Hierdoor kunnen gegevens sneller en met meer ruimte worden gelezen en geschreven. Je kunt gewoon de beschadigde schijf eruit halen en de nieuwe erin zetten om hem te vervangen, zo eenvoudig is het.

Een nadeel van hardware RAID is dat er extra hardware voor de controller nodig is. Qua kosten kan dit over het algemeen duurder zijn dan bij software RAID. Worldstream biedt echter kostenefficiënte dedicated serverconfiguraties met hardware RAID, waardoor dit nadeel geëlimineerd wordt.

Jouw behoeften en de beperkingen van het budget van jouw dedicated server zouden jouw beslissing tussen het gebruik van software RAID of hardware RAID moeten leiden om RAID te implementeren. Hardware RAID komt vaak met een iets hoger prijskaartje dan software RAID, maar het biedt veel voordelen, waaronder betere prestaties, vrijheid van de beperkingen die worden opgelegd door software RAID, en meer keuzes voor maatwerk. Als je financiën flexibel genoeg zijn, is een hardware RAID-serversysteem zonder twijfel de beste keuze.

Het dedicated serveraanbod van Worldstream

Opgericht in 2006 door jeugdvrienden met een gedeelde passie voor gaming, is Worldstream uitgegroeid tot een internationale leverancier van IT-infrastructuur (IaaS). Onze missie is om samen met jou en onze partners de ultieme digitale ervaring te creëren.

Wij adviseren, ontwerpen en leveren geavanceerde infrastructuuroplossingen, en bieden daarmee gemoedsrust aan IT-leiders bij technologiebedrijven. Met onze toewijding aan hoogwaardige infrastructuur, toonaangevende service en sterke partnerschappen, vereenvoudigen we het leven van IT-leiders en bieden we 24/7 ondersteuning.

Worldstream biedt dedicated servers aan in twee varianten, volledige configureerbare custom servers en vaste instant delivery serverconfiguraties. Deze servers zijn zowel met hardware als software RAID configuraties beschikbaar. Ook de keuze tussen NVMe SSD, SATA SSD en HDD is beschikbaar. We hebben momenteel meer dan 15.000 dedicated servers voor onze klanten geïnstalleerd in de datacenters van Worldstream in Nederland (Naaldwijk) en Duitsland (Frankfurt). Deze dedicated servers worden ondersteund door het eigen wereldwijde netwerk van Worldstream. Het maximale bandbreedtegebruik op dit netwerk is slechts 45%, waardoor servergebruikers optimale schaalbaarheid en DDoS-verdedigingsgaranties genieten.

Interessant voor jou:

• Hoe je de juiste dedicated server samenstelt.
• De 8 belangrijkste markttoepassingen van dedicated servers.
• Welke 6 voordelen Dedicated Servers jouw IT-infrastructuur kunnen brengen.

Vragen aan de auteur over deze blogpost? Je kan ons  hier bereiken.