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Seagate, mit über 40 Prozent Marktanteil der weltgrößte Festplattenhersteller, wird zum Chipentwickler und designt einen eigenen RISC-V-Prozessor. Was ist der Grund für dieses Engagement?
Was bringt einen erfolgreichen Storage-Hersteller dazu, einen eigenen Prozessor zu entwickeln? Mit einem Wort gesagt: die unabsehbare Datenflut. Auf den zweiten Blick gibt es dabei verschiedene Aspekte – aber der Reihe nach.
Die jährlich weltweit anfallenden Datenmengen wachsen exponentiell, wir befinden uns bereits im extrem steilen Teil der Kurve (Abbildung 1). Bis 2025 erwarten die Analysten von IDC eine Datenmenge von unvorstellbaren 175 Zettabyte. Heute fallen in einer Stunde mehr Daten an als noch vor zwei Jahrzehnten in einem ganzen Jahr. Allein Unternehmensdaten wachsen nach IDC-Angaben in der nächsten Zeit mit über 42 Prozent jährlich.
Abbildung 1: Die Menge jährlich weltweit erzeugter Daten wächst exponentiell.
Wo kommen all diese Daten her? Zum einen wird zunehmend datengestützt analysiert, zum anderen generieren zahllose Sensoren im IoT immer mehr Messpunkte. Hinzu kommen Technologien wie Augmented und Virtual Reality, autonomes Fahren, bildgebende Verfahren in der Medizin mit immer höherer Auflösung, Überwachungskameras oder die Maschine-zu-Maschine-Kommunikation. Sie alle generieren eine wahre Datenflut. Unternehmen übertragen heute regelmäßig rund 36 Prozent ihrer Daten vom Netzwerkrand ins Rechenzentrum; in den nächsten zwei Jahren wird dieser Wert auf 57 Prozent ansteigen.
Präzisionsarbeit
Seagate geht davon aus, dass es bis 2026 Festplatten mit einer Kapazität von 40 TByte und mehr verkaufen wird. Das setzt eine Spurdichte von 1 Million Tracks per Inch voraus, was nur funktioniert, wenn die Schreib-/Leseköpfe auf 2,5 Nanometer genau positionieren. Vertikal beträgt die Toleranz sogar nur 1 Ångström, also 0,1 Nanometer. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist mehrere Zehntausend Nanometer dick. Zum Positionieren genügt es nicht, allein die Bewegung eines Arms über der Platte zu steuern: Es gibt zusätzliche Mikroaktuatoren an der Spitze des Arms, die mikroskopische Korrekturen vornehmen. Entsprechend ausgefeilt und komplex fallen die Servoalgorithmen zur Bewegungssteuerung aus und beanspruchen entsprechend viel Rechenkapazität.
Aus diesen Gründen ging Seagate unter die Prozessorentwickler. Tatsächlich hatte man bereits einen eigenen Prozessor, allerdings mit einer kundenspezifischen Instruction Set Architecture. Der Chip musste aufwendig in Assembler programmiert werden, weil es keinen Compiler für diese ISA gab. Gerade, als man den auch noch entwickeln wollte, stieß man auf RISC-V. Dessen Vorteile liegen auf der Hand: Dank der offenen Architektur, der Standardisierung und einer aktiven Community können sich hier viele Parteien die Entwicklung nötiger Features und Tools teilen, vieles gibt es sogar schon. Das macht den ganzen Prozess für alle Beteiligten wesentlich einfacher und kostengünstiger. Diese Vorteile wollte sich auch Seagate bei der Entwicklung seines Prozessors gern zunutze machen.
Intelligente Platten
Neben dem Prozessor für die Bewegungssteuerung der Köpfe einer Festplatte verfolgt Seagate noch ein zweites RISC-V-Projekt, mit einer ganz anderen Ausrichtung. Hier ist ebenfalls die Datenflut der Ausgangspunkt, denn die riesigen Mengen an Daten, die die Festplatten fassen, lassen sich nicht mehr wirtschaftlich in eine Cloud transferieren und dort zentral verarbeiten. Das scheitert schon an der verfügbaren Bandbreite der Netze. Die Alternative ist die Verarbeitung vor Ort, am Netzwerkrand. Ein solches Edge Computing verlangt nach Rechenkapazität auf den Geräten in der Nähe des Entstehungsorts der Daten. Dabei darf es sich durchaus um Computational Storage handeln, also um rechnende Speichergeräte. Auch dafür entwickelt Seagate einen RISC-V-Chip.
Dieser zweite, platzoptimierte Chip kann selbst dann von großem Nutzen sein, wenn die Daten doch in die Cloud übertragen werden sollen. In dem Fall gilt es, sie zu schützen – vorzugsweise durch Ende-zu-Ende-Verschlüsselung mit modernsten Verfahren, die der Prozessor ebenfalls schon auf dem Speichergerät unterstützen kann. Aus ganz ähnlichen Gründen arbeitet Seagate zudem im von Google initiierten quelloffenen Projekt Open Titan mit, das einen RISC-V-basierten Sicherheitschip entwickeln will. Er soll als Hardwarevertrauensanker (Root of Trust) fungieren und so beispielsweise den Boot-Vorgang von Geräten absichern.
Exponentiell steigende Datenmengen erzwingen also intelligentere Speicher, die Rechenkapazität mitbringen müssen – sei es für die Steuerung der Kopfbewegung in Platten im Millionstel-Millimeter-Bereich, sei es für das Vermeiden von Datentransfers durch Berechnungen am Ort der Datenentstehung oder für Sicherheitsfunktionen. Dieser Trend macht die Entwicklung eigener Prozessoren für Storage-Hersteller dann attraktiv, wenn sie dabei wie bei RISC-V auf relativ niedrige Einstiegshürden, vorhandene Tools und eine große Community bauen können. (jcb/jlu)
