Ein komplettes Stockwerk im neuen Rechnerwürfel des Leibniz-Rechenzentrums – eine Halle mit 500 m² Stellfläche – wird ausschließlich zur Datenhaltung genutzt. Die Halle wird im internen Sprachgebrauch des Leibniz-Rechenzentrums DAR genannt. DAR steht für Daten- und Archiv-Raum. Das klingt nach Beständigkeit, Stille, nach langen Regalreihen, in denen Tausende Bücher und Aktenordner im Halbdunkel jahrzehntelang friedlich verstauben. Nur ab und an kommt ein Archivar vorbei und sieht nach dem Rechten oder holt sich einen Ordner.
Was das Halbdunkel und die langen Regalreihen anbelangt, ist dieses Bild gar nicht so falsch. DAR hat keine Fenster und die Notbeleuchtung verbreitet nur schummriges Licht. Es gibt tatsächlich lange Regalreihen, in denen viele tausend Magnetbandkassetten lagern und darauf warten, von einem Roboter abgeholt zu werden. Der Rest des Bildes bedarf jedoch einiger Richtigstellungen.
Zehnjähriges Jubiläum
Das Archiv- und Backupsystem des LRZ ist in seiner heutigen Form seit Januar 1996 in Betrieb. Zwar dürfte ein Teil der Daten im DAR durchaus zehn Jahre alt sein, die Medien, auf denen diese Daten gespeichert sind, sind es definitiv nicht: die ältesten Kassetten in den Regalen des DAR wurden 2003 beschafft. Von „jahrzehntelangem Dahinschlummern“ kann also kaum die Rede sein, auch dann nicht, wenn kein rüder Rechenzentrumsumzug die Archive wachrüttelt.
Im scharfen Kontrast zu traditionellen Informationsspeichern (z. B. dem Buch) spricht man bei der Lebensdauer von Speichermedien in der IT-Welt faktisch nicht über Jahrzehnte und schon gar nicht über Jahrhunderte, sondern einen Zeitraum von wenigen Jahren: Bei keinem Speichermedium kann hundertprozentig sichergestellt werden, dass es nach mehr als 10 Jahren noch gelesen werden kann.
Dabei ist nicht allein die physische Haltbarkeit des Informationsspeichers ausschlaggebend, sondern die Verfügbarkeit der hardware- und softwaremäßigen Zugriffsmöglichkeiten. Es gibt keine Garantie dafür, dass die Lesegeräte über viele Jahre hinweg verfügbar und funktionstüchtig gehalten werden können, und dass die dazu notwendigen systemtechnischen Vorbedingungen (im Wesentlichen die Verfügbarkeit der verarbeitenden Computer und deren Software) aufrecht erhalten werden können.
Eintagsfliegen
Anfang der sechziger Jahre waren Lochstreifen ein gängiges Speichermedium, sie verschwanden Ende der siebziger Jahre. Die Lochkarte wird seit Mitte der achtziger Jahre nicht mehr verwendet, das Halbzoll-Magnetband auf Spule verschwand Anfang der neunziger Jahre. Eine Reihe physisch durchaus lange haltbarer optischer Medien gibt es nicht mehr, weil die Herstellerfirmen selbst untergingen, die Unterstützung der Schreib-/Lesegeräte aufgaben oder die Rechner nicht mehr gebaut wurden, an die sie anschließbar waren.
Das Format der Kassetten (Metrum), von denen die ersten Daten des LRZ-Archivs 1995 übernommen wurden, ist längst Geschichte. In zehn Jahren, 2016, werden höchstwahrscheinlich die Kassetten, die heute in die Schränke des DAR gestellt werden, nicht mehr in Gebrauch sein, es sei denn als Exponate in einigen musealen Schaukästen.
Um digitale Daten über Jahrzehnte hinweg zu erhalten, bleibt nur eine praktikable Lösung: die Informationen müssen nach drei bis vier Jahren auf neue Datenträger kopiert (Fachjargon: „migriert“) werden. Die Veteranen unter den Daten des DAR haben bereits drei dieser Migrationszyklen hinter sich. Zum Verstauben bleibt da keine Zeit.
Nächtliche Betriebsamkeit
Noch vor 15 Jahren war technisches Personal, so genannte Operateure, notwendig, um die Bänder in die Laufwerke zu legen (zu „laden“), oder, um im Bild zu bleiben, um die Aktenordner aus den Regalen zu holen. Heute wird dieser Job von Robotern erledigt. Im DAR gibt es drei solcher Geräte. Menschliche Archivare hätten hier alle Hände voll zu tun: Unter den 54 Bandlaufwerken, die im Archivraum stehen, sind einige, die in den knapp drei Jahren ihrer Standzeit mehr als 50.000 Ladevorgänge durchgeführt haben. Offensichtlich geht es im DAR nicht ganz so ruhig und beschaulich zu wie in traditionellen Archiven.
Gerade spät nachts, wenn die Sicherungsdaten von 4.000 Systemen aus dem Münchner Wissenschaftsnetz auf die Bänder geschrieben werden, haben die Blecharchivare alle Greifarme voll zu tun. Immerhin kommen jeden Tag Daten mit einem Volumen von 5.000 GBytes im DAR an, die von den Bandlaufwerken auf die Medien geschrieben werden müssen. Das entspricht dem Text von einer Million Bibeln.
Die Bandlaufwerke sind Teil eines hochmodernen Speichernetzes (Storage Area Network), zu dem auch mehrere Dutzend Rechner (Server), die das Archiv- und Backupsystem steuern, und einige hundert Festplatten (Disk Caches), auf denen die Daten zwischengelagert werden, gehören. Der entscheidende Punkt dabei ist, dass jede Speicherkomponente nicht fest an einem Rechner hängt, sondern weitgehend dynamisch über das Netzwerk dort eingesetzt werden kann, wo sie gebraucht wird.
Ständige Erneuerung
Nicht nur die Datenträger selbst und die zugehörigen Schreib-/Lesegeräte sind dem schnellen technischen Wandel unterworfen, auch Rechner und Platten müssen in kurzen Abständen, etwa alle 5 Jahre, durch leistungsfähigere Geräte ersetzt werden. Nur die Roboter und ihre Schränke (Libraries) haben eine etwas höhere Lebenserwartung: hier können durchaus zehn Jahre und mehr erreicht werden. Beim Umzug in das neue Gebäude auf dem TU-Campus Garching wurden beispielsweise fünfzehn Jahre alte Libraries im alten Gebäude in der Münchner Innenstadt zurückgelassen.
Damit die Libraries nicht nach ein paar Jahren aus allen Nähten platzen, wird eine hohe Ausbaufähigkeit („Skalierbarkeit“) schon von vornherein mit eingeplant. Die neueste der drei Libraries im DAR bietet in ihrer heutigen Ausbaustufe Platz für 4.500 Kassetten und 64 Laufwerke und kann auf 10.000 Kassetten, im Verbund mit zusätzlichen Systemen auf 300.000 Kassetten erweitert werden.
Kalt und warm
Im vergangenen Jahrzehnt waren Bänder und Kassetten sicherlich das am weitesten verbreitete Speichermedium für große Datenmengen. Wahrscheinlich, aber keineswegs sicher ist dies auch für dieses Jahrzehnt noch der Fall. Die magnetische Festplatte etwa verfügt heutzutage über ein ähnliches Speichervolumen wie die Kassetten des DAR. Warum also nicht die auf den ersten Blick gar nicht so viel teureren Festplatten statt Bänder verwenden?
Eine Antwort darauf liefert die monatliche Heizungs- und Stromrechnung. Um Energiekosten zu sparen ist es im DAR sehr warm. Die im Raum installierte Hardware produziert diese Wärme. Eine starke Absenkung der Raumtemperatur würde die Klimakosten deutlich in die Höhe treiben. Daher herrscht im DAR die maximale Temperatur, in der sich die Kassetten noch „wohlfühlen“.
Würde man das gleiche Datenvolumen auf Festplatten statt auf Bänder ablegen, würde man deutlich mehr zahlen: einmal für den erhöhten Energiebedarf, den der Betrieb der Platten erfordert und einmal für die Klimakosten, die entstehen, um die von den Platten produzierte Wärme wieder abzuführen.
Kein Raum für Katastrophen
Der Albtraum jeder Bibliothek ist ein Brand im Allerheiligsten. Noch nicht lange zurück liegt der Brand in der Herzogin Anna Amalia-Bibliothek in Weimar. Was das Feuer nicht vernichtet, zerstört das Löschwasser. Hier stößt auch die Lebensdauer der gedruckten Information, ansonsten der Lebensdauer der digitalen Datenträger weit überlegen, an die gleichen Grenzen.
Selbstredend wäre Feuer und Löschwasser auch für die Daten im DAR fatal. Ein ausgeklügeltes System von Sensoren sorgt dafür, dass ein ausbrechender Brand sofort bemerkt wird. Gelöscht wird mit Argon, das den Luftsauerstoff in Bodennähe so weit reduziert, dass jedes Feuer im Keim erstickt wird. Das Verfahren ist für die Datenträger völlig unschädlich, die Kosten sind allerdings erheblich.
Sollte es trotz aller Vorsichtsmaßnahmen aber doch einmal zu einer völligen Zerstörung des Rechenzentrums kommen, bleiben immer noch die Nachbarn: Die wichtigsten Daten werden schon seit Jahren an das einige hundert Meter entfernte Rechenzentrum der Max-Planck-Gesellschaft in Garching kopiert.
Um sich mögliche Ursachen für den Datenverlust vorzustellen, müssen übrigens nicht gleich die Naturgewalten bemüht werden. Es genügt die Zerstörung der Datenbanken, in denen für jede der über zwei Milliarden Dateien Buch darüber geführt wird, auf welcher Kassette welche Version von welchem Benutzer von welchem Rechner aus zu welchem Zeitpunkt gespeichert worden ist.
Diese Datenbanken bilden somit das sorgsam behütete Herzstück des Systems. Zahlreiche IT-technische Maßnahmen sorgen dafür, dass die Besitzer der Daten und vor allem die verantwortlichen Systemadministratoren nachts ruhig schlafen können. Beispielsweise verkraftet das System durch eine Kombination verschiedener Schutzmechanismen bis zu vier gleichzeitige Plattenausfälle, ohne dass Daten verloren gehen. Ersatzplatten übernehmen dabei automatisch die Funktion der defekten Platten.
Gestern noch viel, heute ein Nichts
Die Datenmenge, die vor gut zehn Jahren zur Speicherung eine ganze Bibliothek am LRZ erfordert hatte, passt heute spielend auf ein bis zwei Kassetten. Müssten wir umgekehrt die Datenmenge, die heute in den Archiven des DAR liegt, auf Medien mit der Kapazität von damals unterbringen, würden die 500 m^2 des DAR nur für einen Bruchteil der benötigten 1,2 Millionen Kassetten ausreichen.
Die technische Entwicklung eilt mit den gleichen Riesenschritten voran, mit denen auch der Speicherbedarf wächst. Nur deshalb ist es überhaupt möglich, die entstehende Datenflut zu bewältigen.
Der Terminus „Bibliothek“ passte übrigens 1995 noch ganz gut für die elektronischen Archive: eine Kassette entsprach in etwa dem Informationsgehalt eines Buches. Heute passt der Inhalt von 5000 Büchern auf eine Kassette.
Der Weltgeist in Garching
Werfen wir zum Schluss noch einen Blick in ein anderes Datenarchiv, nämlich in das des Zeitmagazins. Beim Stöbern stößt man dort auf einen Artikel, demzufolge der Weltgeist ein Speichervolumen von 1.300 PBytes oder 1,3 Milliarden GBytes hat.
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1996 |
2006 | |
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Datenmenge im Archiv des LRZ |
1.000 GByte |
1,2 Mio. GByte |
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Kapazität einer Datenkassette |
10 GByte |
500 GByte |
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Aufzeichnungsgeschwindigkeit |
9 MByte/s |
120 MByte/s |
Stetigen linearen Fortschritt der Speichertechnologien vorausgesetzt, lässt das Raum für Visionen: In wenigen Jahren ist der Weltgeist in einem schummrigen Datenraum in einem kleinen Ort bei München, Oberbayern, unterzubringen. (ala)
Diesen Beitrag haben wir aus der Zeitschrift der Bayerischen Akademie der Wissenschaften übernommen. Der Autor Werner Baur leitet die Gruppe „Datei- und Speichersysteme“ am Leibniz-Rechenzentrum.