Что такое Intel Optane в SSD накопителях и для чего это нужно
Содержание
Содержание
Впервые появившись несколько лет назад, накопители Intel Optane до сих пор остаются неизвестными общей массе рядовых пользователей. Фактически они являются единственными накопителями, использующими не традиционную NAND-память, а память 3D XPoint. В чем же их исключительность? Разбираемся в этом материале.
Что такое 3D XPoint и в чем отличие от классической NAND-памяти
Технология NAND-памяти, по которой выпускают флэш-накопители и SSD-накопители с конца 80-х годов, по сути, не имела конкурентов эти годы. Постепенно «быстрые» накопители становились все дешевле и дешевле, а принципиально новых технологий не появлялось. Несколько лет назад компания Intel совместно с Micron представила новый тип памяти — энергонезависимую 3D XPoint. В чем же их отличие?
Работа NAND-памяти основывается на хранении данных в ячейках памяти, которые представляют собой транзисторы с плавающим затвором. Для записи на управляющий затвор ячейки подается напряжение, после чего электроны притягиваются вверх. А чтобы стереть данные из ячейки памяти, напряжение подается с противоположной стороны: управляющий затвор заземляется, а электроны направляются от плавающего затвора к каналу.
Из-за подачи напряжения перезапись со временем изнашивает структуру ячейки, что не лучшим образом сказывается на выносливости NAND-памяти. Также немаловажным фактором выступает количество бит хранимых в ячейке.
Главным отличием 3D XPoint от NAND-памяти является то, что к каждой ячейке 3D XPoint реализован индивидуальный доступ. Такой подход не требует управляющего контроллера, экономит энергию и значительно упрощает операции с ячейками. Различия имеются также в структуре массива ячеек. В 3D XPoint они реализованы в виде трехмерной решетчатой структуры. Ячейки находятся между проводниками, которые образовывают строки и столбцы.
Такая структура позволяет располагать ячейки в несколько слоев, что предполагает более плотную компоновку, нежели у NAND — в 8–10 раз. Ну и фактор, который нельзя обойти вниманием — после того как ячейка 3D XPoint получила некоторые данные, она продолжит хранить эти данные даже после отключения питания.
На практике это выглядит так: вечером вы поработали с проектами, Optane сохранил в кэш данные проекта, утром при первом включении ПК они загрузятся еще быстрее. Единственным ограничением выступает емкость накопителя, чем более сложные задачи вы решаете, тем больше места потребуется (для исключения перезаписи предыдущих данных в кэше), а с ним у Optane не все так просто. Далее этот нюанс будет рассмотрен подробнее.
Преимущества и недостатки технологии
Для современных NVME накопителей на NAND-памяти характерны очень высокие скорости чтения/записи при линейных операциях. Этот сценарий реализуется при большом количестве запросов одновременно. Но слабой стороной общей массы этих накопителей является работа с мелкоблочными файлами. Например, копирование множества файлов небольшого размера — изображений, музыки и заметок. При бытовых задачах этот нюанс выливается в мизерную разницу загрузки операционной системы, игр и стандартных программ, по сравнению с простым SATA SSD накопителем.
В свою очередь Intel Optane избавляет нас от этого явного недостатка. Он обладает высокой скоростью работы с мелкоблочкой и позволяет значительно сократить время загрузки операционной системы и программ, по сравнению с NAND-памятью. Фактически он был создан как отдельное устройство для кэша, значительно ускоряющее системы даже с обычными HDD-дисками. С этим связан его скромный объем, который может составлять смешные по нынешним меркам 16 ГБ.
Преимуществом Optane является легкая перезаписываемость данных, которые хранятся в ячейке. Переключение ячейки памяти из состояния логической единицы в нуль и в обратном направлении происходит напрямую. В то время как NAND-память требует для перезаписи нескольких стадий: воздействие высокого напряжения для стирания, для перезаписи той же ячейки нужно очистить ее заново. Optane позволяет это делать без дополнительных шагов и обладает высокой устойчивостью к перезаписи. К явным недостаткам этой технологии можно отнести цену. Она высокая. Очень высокая.
За стоимость устройства объемом 118 ГБ, можно легко приобрести накопитель NVME PCI-Ex4 с NAND-памятью объемом в 2 ТБ. Еще одним нюансом, не красящим Optane, является его несовместимость со старыми платформами. Если у платформы отсутствует поддержка технологии Optane, то устройство будет использоваться как обычный накопитель, теряя свои главные плюсы. А малый объем в этом случае, сведет на нет весь смысл покупки.
Сценарии использования и перспективы в будущем
Прежде чем приобретать Intel Optane стоит понять его главное назначение. Модели в формате M.2 с небольшим объемом — дополнение к вашей системе хранения в виде буферной памяти.
Приобретать Intel Optane 3D Xpoint как единственный накопитель нет смысла.
Конечно, вы можете приобрести его только для операционной системы и пары программ, но за нужный объем, в который влезут эти данные, придется выложить круглую сумму. Также можно встретить устройства с интерфейсом U.2 и в виде дискретных устройств, подключаемых к слоту PCI. Они высокопроизводительные, надежны и подойдут для установки ОС и софта. Но сфера их применения больше подходит к серверным задачам и узкоспециализированным рабочим задачам, нежели домашним.
Intel Optane в виде буферной памяти выступит отличным дополнением к HDD, которому требуется ускорение файлового хранилища без переустановки операционной системы. На него будут загружаться данные с HDD, к которым происходит частый доступ, что значительно повысит отзывчивость системы при сохранении объема для хранения файлов. В большой степени это касается ноутбуков, которые зачастую имеют слот под HDD и один свободный слот M.2. Связка Optane+SSD тоже не лишена смысла, если вы хотите ускорить выполнение определенных задач.
Перспективы этой технологии очень радужные. 3D Xpoint позволяет еще более плотно компоновать ячейки и явно не ограничена текущими характеристиками. Основным сдерживающим фактором пока остается цена.
Но многие помнят, что аналогичная история была при появлении первых NVME PCI-E накопителей, которые тоже поначалу стоили внушительно. Еще один фактор — монополизм Intel. Соперники хоть и работают над развитием этой технологии, но в продаже пока не встретить подобных Optane устройств. Так что Intel Optane по праву занимает свое исключительное место в разнообразной массе SSD-накопителей представленных на рынке.
Трансформация памяти и системы хранения
Мы меняем правила игры с помощью уникального сочетания компоновочных блоков, которые обеспечивают беспрецедентную производительность и новые вычислительные возможности на самых разных рынках.
Новый взгляд на центры обработки данных
Корпорация Intel изменила иерархию памяти и систем хранения с помощью технологии Intel® Optane™. Благодаря устранению пробелов, ликвидации узких мест и сокращению задержек данных мы можем обеспечить достаточный уровень гибкости и ценности для центра обработки данных.
Технология Intel® Optane™ для центров обработки данных
Работайте, играйте и занимайтесь творчеством на новом уровне
Получите улучшенную производительность, которую вы ожидаете от современных технологий. Неважно, являетесь ли вы создателем контента, серьезным геймером, специалистом или просто хотите работать в многозадачном режиме на профессиональном уровне, SSD-накопители Intel® Optane™ и память Intel® Optane™ помогут вам оптимизировать работу на любой платформе ПК.
Технология Intel® Optane™ для персональных компьютеров
Связанная продукция
Энергонезависимая память Intel® Optane™
SSD-накопители Intel® Optane™ для центров обработки данных
Память Intel® Optane™
SSD-накопители Intel® Optane™ для клиентов
Краткое описание продукции
Ознакомьтесь с кратким описанием новой продукции, чтобы узнать больше о нашей продукции для систем хранения данных и памяти: энергонезависимая память Intel® Optane™ (PMem) и SSD-накопители Intel® Optane™.
Обеспечение более глубокого анализа благодаря использованию богатых наборов данных
Узнайте, как энергонезависимая память Intel® Optane™ серии 200 нового поколения позволяет соответствовать требованиям эпохи данных.
Самый быстрый в мире SSD-накопитель для ЦОД
SSD-накопитель Intel® Optane™ нового поколения P5800X обеспечивает производительность, необходимую для выполнения рабочих нагрузок с наиболее интенсивным использованием данных.
Intel FAB 11x делает невозможное возможным
Технология Intel® Optane™, революционная технология памяти и инновационного хранения данных. Корпорация Intel разработала эту технологию, обеспечивающую революционное сочетание надежности, стабильно высокой производительности и низкого времени задержки, чтобы предложить разнообразным рынкам новые возможности вычислительных систем.
Победа в гонке за более быстрое хранение данных
Узнайте, почему технология Intel® Optane™ является основой для обработки данных и извлечения значимой информации в эпоху стремительного роста объемов данных.
Для работы технологий Intel может потребоваться специальное оборудование, ПО или активация услуг. // Ни один продукт или компонент не может обеспечить абсолютную защиту. // Ваши расходы и результаты могут отличаться. // Производительность зависит от вида использования, конфигурации и других факторов. // См. наши юридические уведомления и отказ от ответственности. // Корпорация Intel выступает за соблюдение прав человека и избегает причастности к их нарушению. См. Глобальные принципы защиты прав человека в корпорации Intel. Продукция и программное обеспечение Intel предназначены только для использования в приложениях, которые не приводят или не способствуют нарушению всемирно признанных прав человека.
Память Intel® Optane™ — быстрая память, повышенная производительность
Ускорьте свои мобильные и настольные ПК и получите высочайшую скорость и быстродействие без ущерба для емкости подсистемы хранения.
Память Intel® Optane™ — быстрая память, повышенная производительность
Память Intel® Optane™серии H20 с твердотельным накопителем
Память Intel® Optane™серии H10 с твердотельным запоминающим устройством
Память Intel® Optane™ серии M10
Память Intel® Optane™серии H20 с твердотельным накопителем Невероятное быстродействие и большая емкость хранения данных в форм-факторе M.2.
Память Intel® Optane™серии H10 с твердотельным запоминающим устройством Первый в мире накопитель, сочетающий память Intel® Optane™ и накопитель Intel® QLC 3D NAND для обеспечения высокой производительности и емкости хранения.
Память Intel® Optane™ серии M10 Ускорьте работу своего компьютера с малым временем загрузки, ускоренным запуском приложений, высоким быстродействием игр и быстрым браузером.
Не традиционная память
Ликвидируйте разрыв между традиционной памятью и хранением данных с помощью памяти Intel® Optane™, уникального запоминающего устройства, отличающегося от всех остальных. Она оптимизирует процесс обработки данных, объединяя емкость хранения и интеллектуальное ускорение системы. Вы получаете скорость и емкость без особых затрат.
Что такое память Intel® Optane™?
Во всех задачах, от загрузки системы до запуска приложения, память Intel® Optane™ — это умная технология, которая персонализирует и ускоряет обработку данных при работе на ПК на базе Intel® Core™. Она запоминает наиболее часто используемые документы, изображения, видео и приложения, обеспечивает быстрый доступ к ним и хранит их в памяти даже после выключения ПК.
В чем отличие памяти Intel® Optane™?
Память Intel® Optane™ обеспечивает персонализированную и быструю работу с минимальными задержками, распознавая наиболее часто используемые программы и сохраняя быстрый доступ к ним. Технология замечает даже изменения в ваших привычках и адаптируется к ним, так что вам не придется терять время.
На шаг впереди
Ни одна другая технология памяти из существующих на сегодняшний день не обладает такими возможностями адаптации к работе вашей системы, как память Intel® Optane™. Память Intel® Optane™ распознает и запоминает наиболее часто используемые файлы, приложения и игры, а также обеспечивает быстрый доступ к ним. С течением времени ваши привычки работы на компьютере меняются, а память Intel® Optane™, адаптируясь, продолжает обеспечивать быстрый доступ пользователю.
Мощность там, где она необходима
Потребление мощности в фоновом режиме заменила система, которая точно знает, что и когда вам нужно. Память Intel® Optane™ перенаправляет мощность и данные в часто используемые программы, обеспечивая их быструю работу и впечатляющую скорость отклика, чтобы вы могли быстро достичь результата.
Игры с ускоренным доступом
Вы живете игрой и не хотите, чтобы вас прерывали. Для достижения максимального результата в игре вам нужен компьютер на базе процессора Intel® Core™ с памятью Intel® Optane™ на базе NVMe, обеспечивающей быстрый доступ и впечатляющую скорость отклика, а также сокращающей время от запуска до загрузки.
Комплекс работ для вашего компьютера
Ваш любимый графический редактор требует большой вычислительной мощности, а размер фото- и видеофайлов получается большим. Вам нужен компьютер с памятью Intel® Optane™, которая умеет предварительно загружать часто используемые файлы и избирательно направляет ресурсы на то приложение, которое вам необходимо. С компьютером, который работает как по маслу, ваша продуктивность повышается, и вы можете сконцентрироваться на творчестве.
Стремитесь к большему — ваш компьютер справится с этим
Нежелание ждать? Или это просто ритм современной жизни? Сегодня скорость решает все. Компьютер с памятью Intel® Optane™ разработан, чтобы помочь вам идти в ногу с цифровым миром. С ним вы можете делать все быстрее и проще. Ускорьте работу с компьютером с помощью малого времени загрузки, ускоренного запуска приложений, потрясающих игровых возможностей и быстрого браузера.
Поддержка
Для работы технологий Intel может потребоваться специальное оборудование, ПО или активация услуг. // Ни один продукт или компонент не может обеспечить абсолютную защиту. // Ваши расходы и результаты могут отличаться. // Производительность зависит от вида использования, конфигурации и других факторов. // См. наши юридические уведомления и отказ от ответственности. // Корпорация Intel выступает за соблюдение прав человека и избегает причастности к их нарушению. См. Глобальные принципы защиты прав человека в корпорации Intel. Продукция и программное обеспечение Intel предназначены только для использования в приложениях, которые не приводят или не способствуют нарушению всемирно признанных прав человека.
Intel Optane SSD: возможности и преимущества
В начале июля мы начали бесплатное тестирование SSD-дисков Intel Optane. Акция все ещё продолжается, и любой из вас может принять участие (подробности по ссылке выше).
Появление на рынке дисков Optane можно без преувеличений назвать революцией в области хранения информации. В этой статье расскажем о том, какие технологии лежат в основе новых дисков и какие преимущества они дают.
3D X-point: новая энергонезависимая память
3D X-Point (читается 3D crosspoint) — это новая технология энергонезависимой памяти на основе фазового перехода (Phase-Change Memory, сокращённо PCM).
Слова о революционности Intel Optane, сказанные в самом начале — это гораздо больше, чем просто маркетинговый ход: по сути, мы имеем дело с первым случаем запуска памяти этого типа в массовое производство.
По вполне понятным причинам Intel не разглашает всех тонкостей 3D X-Point. Более того, в публичных заявлениях компания отрицает, что эта память основана именно на фазовом переходе. Впрочем, имеются косвенные свидетельства (см., например, неплохую статью на эту тему), подтверждающие обратное. Вполне возможно, что в основе 3D X-Point лежит какая-то гибридная технология.
Поэтому мы в дальнейшем изложении будем опираться на информацию, опубликованную в открытых источниках.
Память на основе фазового перехода: краткая справка
Идея памяти на основе фазового перехода не нова: она была высказана американским изобретателем Стэнфордом Овшинским ещё в 1960-х годах. В 1970 году статью о технологиях PC опубликовал Гордон Мур, один из основателей Intel. В течение последних 10 лет неоднократно предпринимались попытки начать производство такой памяти, но препятствием на пути к её широкому распространению был слишком большой размер ячейки, а также слишком сложный технологический процесс. Эту проблему удалось решить только сейчас. Как именно — Intel держит в секрете.
Чтобы понять, как работает 3D X-Point, вспомним, что такое фазовый переход.
Фазовый переход — это переход вещества из одной термодинамической фазы в другую при изменении внешних условий. Описание деталей — задача, которая выходит далеко за рамки этой статьи; заинтересованных читателей отсылаем к Википедии, где всё разъяснено достаточно ясно и подробно.
К веществам, способным совершать фазовый переход, относятся так называемые металлоиды (также их называют полуметаллами, и в русскоязычной литературе именно этот термин употребляется чаще) — химические элементы, которые обладает свойствами как металлов, так и неметаллов. При комнатной температуре металлоиды являются изоляторами, а при нагревании обладают электрической проводимостью. Бор обычно используется для допирования, кремний — для изготовления стандартных транзисторов.
Другие полуметаллы, способные совершать фазовый переход и используемые в промышленности — это германий, мышьяк, сурьма и теллур. В результате соединений этих веществ с металлами получаются так называемые халькогениды. Если их смешать в нужных пропорциях, то они будут обладать следующими свойствами (иллюстрация взята с сайта Pcper.com):
Иллюстрация Pcper.com
Сплавы металлоидов могут переходить из одного состояния в другое, и сопротивление при этом изменяется. В аморфном состоянии они скорее напоминают стекло, а в кристаллическом — металл.
У двух состояний характеристики электросопротивления различны: аморфная фаза с бОльшим сопротивлением (логическая единица), а кристаллическая — с меньшим (логический ноль). В силу этого свойства халькогениды являются хорошим материалом для записи информации. Собственно, они уже давно для этого используются: из материалов на основе халькогенидов изготовляются диски CD-RW и DVD-RW.
Приведём таблицу, в которой память на основе фазового перехода сравнивается с другими видами памяти (взята отсюда):
| Свойство | PCM | EERPROM | NOR | NAND | DRAM |
|---|---|---|---|---|---|
| Энергонезависимость | да | да | да | да | нет |
| Минимальные размер элемента, нм | 6 … 10 8 | 10 5 … 10 6 | 10 5 | 10 4 … 10 5 | не ограничено |
Таблица эта взята из статьи, опубликованной в 2011 году. В то время память на основе фазового перехода существовала лишь в виде экспериментальных образцов. Интересно, что указанные характеристики во многом совпадают с реальными характеристиками 3D X-Point, но есть и целый ряд отличий. В следующем разделе мы рассмотрим технические особенности памяти 3D X-Point более подробно
3D X-Point: основные технические характеристики
Рассмотрев общие принципы работы памяти на основе фазового перехода, перейдём к описанию устройства 3D X-Point. Начнём с разбора технических характеристик (здесь мы опираемся на материалы сайта TechInsights).
Размер модуля памяти 3D X-Point составляет 17.6×13.7 мм (241.12 кв.мм); единственный кристалл памяти X-Point расположен внутри. Размеры кристалла — 16.16 миллиметров в длину и 12.78 миллиметров в ширину. Эффективность памяти на кристалле составляет 91,4%. Это больше, чем значение аналогичного показателя у Samsung 3D 48L V-NAND (70%) и у Intel/Micron 3D FG NAND (84,9%).
Плотность записи данных у памяти 3D X-Point равна 0,62 ГБит/кв.мм, что гораздо ниже, чем у многих представленных на рынке модулей памяти 2D NAND и 3D NAND. Для сравнения: у Toshiba/San Disk плотность записи данных составляет Toshiba/SanDisk и Samsung 3D 48L TLC NAND 2,5 Гбит/мм), а у Toshiba/SanDisk 2D TLC NAND — 1,28 Гбит/мм². При этом у памяти DRAM значение этого показателя почти в пять раз ниже.
Есть все основания полагать, что модули оперативной памяти на базе 3D X-Point в ближайшее время получат широкое распространение.
На том же сайте TechInsights не так давно была опубликована фотография микросхемы модуля памяти 3D X-Point:
Иллюстрация TechInsights
Как видим, всё устроено достаточно просто: пары из селектора и ячейки памяти расположены на пересечении двух перпендикулярных рядов проводников (отсюда и название crosspoint, т.е. пересечение) — битовой (bitline) и словарной (wordline) шины. При подаче напряжения активируется селектор, в результате чего происходит считывание или запись.
Ячейки в кристалле расположены в несколько слоёв — отсюда и аббревиатура 3D в названии. Первое поколение 3D X-Point имеет двухслойную структуру и выпускается по 20-нанометровому технологическому процессу. По сравнению с NAND плотность упаковки ячеек у 3D X-Point в 8 — 10 раз выше.
Память на основе фазового перехода работает гораздо быстрее по сравнению с традиционной флэш-памятью. Эксперименты показывают, что время записи в одну ячейку PCM-памяти составляет 19 наносекунд (для сравнения: запись в одну ячейку флэш-памяти занимает несколько миллисекунд).
Важным плюсом такой памяти является долговечность: если флэш-память выдерживают до 10 000 циклов перезаписи, то память 3D X-Point — до 100 000 000 циклов!
Intel Optane SSD: практические преимущества
Предыдущая часть статьи была посвящена вопросам теоретическим аспектам: мы рассказали о технологии 3D X-Point. Рассмотрим теперь вопросы практические и поговорим во возможностях и преимуществах накопителей Intel Optane.
Побитовый доступ к памяти
Отличительной особенностью флэш-памяти является доступ на уровне страниц: чтобы прочитать или записать небольшую порцию данных, требуется манипулировать крупными блоками памяти. Это обеспечивает низкие задержки, что очень важно, например, для работы с нагруженными базами данных.
В накопителях на основе технологии 3 D X-Point всё устроено по-другому: как и в памяти DRAM, в них возможен побитовый доступ к памяти. Это позволяет обеспечить в 100 раз более низкий по сравнению с NAND-памятью уровень задержек (latency), полностью избавиться от операций по сбору мусора и сэкономить энергию.
Технология Intel Memory Drive
Накопители Optane могут использоваться не только для хранения и кэширования, но и для расширения оперативной памяти. Достаточно установить специальную программу^ и операционная система будет распознавать Optane не как диск, а как RAM. Система сможет работать с огромными объёмами памяти — гораздо большими по сравнению с теми, что предусматривают её архитектурные особенности. Данные между оперативной памятью и Optane будут распределяться автоматически.
Технология Intel Memory Drive может использоваться, например в области big data и машинного обучения: она позволяет хранит в памяти крупные своды данных и обеспечивать доступ к ним с минимальной задержкой (см. заметку на эту тему здесь).
Увеличивать память с помощью технологии Intel Memory Drive выгодно и с чисто финансовой точки зрения: 1ГБ памяти DDR4 стоит примерно 10 долларов. В случае с Intel Optane даже при текущих далеко не низких ценах стоимость 1ГБ составит чуть больше 4 долларов — почти в два с половиной раза дешевле!
Долговечность
На сайте Intel указана такая характеристика Intel Optane: 30 DWPD (drive writes per day). Это означает, что накопитель можно заполнить информацией, затем стереть и снова перезаписать — и так 30 раз.
Intel Optane хорошо подойдут для использования, например, в качестве кэширующих дисков в облачных сервисах хранения данных или в корпоративных СХД: они способны выдержать любую нагрузку.
Ещё одна важная характеристика дисковых накопителей — это TBW (Total Bytes Written), то есть общий объём информации, которую можно записать на диск в течение всего срока его эксплуатации. Значение этой характеристики у Intel Optane впечатляет: 12.3 Петабайт.
Эти цифры свидетельствуют о том, что новые накопители являются практически вечными, и вполне оправдывают их высокую цену.
Заключение
Как уже было сказано, мы предлагаем всем нашим пользователям провести тест-драйв новых накопителей совершенно бесплатно.
Условия акции просты: вы записываетесь на тестирование, мы выделяем вам сервер с Intel Optane P4800x на борту.
По результатам тестирования вы публикуете статью-отчёт на своём сайте, в блоге или на любом тематическом ресурсе.
А если вы напишете действительно интересный отчёт, мы рассмотрим возможность его публикации в качестве гостевого поста у нас в корпоративном блоге.
