Наверное, еще ни одно решение в отрасли накопителей не рекламировалось столь долго, масштабно и красочно, как Intel 3D XPoint и Intel Optane. Столько обещаний и соблазнительных рассказов, столько презентаций. И, наконец, столь долгожданный дебют, также не обошедшийся без массированной рекламной кампании. Однако в итоге выпущено всего три накопителя: один серверный DC P4800X на 375 Гбайт и два потребительских Memory объемом 16 и 32 Гбайт.
Иначе говоря, никаких твердотельных накопителей в полном понимании этого слова для пользователей не выпущено вовсе: лишь два малоемких устройства, которые предлагается использовать как кэширующие к основному накопителю, установленному в системе. Мало того, официально Optane Memory привязаны к операционной системе Windows и фактически – только к процессорам Intel, поскольку вторым условием является использование материнской платы на основе набора системной логики Intel 200-й серии.
Но, может быть, не все так разочаровывающе, и Intel Memory Optane на деле настолько великолепен, что ради него стоит выбросить на свалку свой старый ПК и очертя голову бежать за покупкой вышеуказанной аппаратной платформы Intel? Попробуем разобраться с этим.
Страница на сайте производителя: Intel Optane.
Цены (на момент публикации):
3D XPoint (расшифровывается как 3D Crosspoint) – это новый тип энергонезависимой памяти, над которой компании Intel и Micron работали в течение долгого времени (достаточно сказать, что первый анонс состоялся еще в 2015 году, не говоря уже о предварительных более ранних публикациях).
К сожалению, на сегодняшний день, инженерные подробности новой разработки до сих пор остаются закрытыми, публикуется информация лишь об основных принципах работы. И в первую очередь, подчеркивается, что это – не NAND, по словам представителей Intel и Micron, 3D XPoint не имеет ничего общего с привычной флеш-памятью. Отрицается не только принадлежность не только к классу NAND, но и MRAM (магнитно-резистивной записи), и PRAM (переход фазового состояния), и DRAM.
Еще на этапе первых анонсов независимые специалисты высказывали предположения, что на самом деле все-таки имеет место именно фазовый переход, когда используемый материал меняет свое термоэлектрическое состояние и, вполне вероятно, используются халькогениды. Я не стану вдаваться в технические подробности, а просто адресую к одной из технических статей на эту тему, опубликованную на PC Perspective.
Кристаллы памяти 3D XPoint имеют строение перекрестной решетки, которая соединяет 128 миллиардов ячеек. Каждая ячейка хранит только один бит данных, подобно SLC NAND. Но в NAND ячейка программируется только один раз, а затем, перед записью в нее новых данных, возникает необходимость произвести сброс ее состояния и только затем производить запись (цепочка «read-modify-write»). Для изменения состояния ячеек применяются различные уровни напряжений, а потому в NAND используется поблочная структура: ячейки собираются в «страницы», а страницы – в блоки. Операции записи производятся постранично, а стирания – поблочно. В 3D XPoint нет понятия «страница» и «блок», любые операции можно выполнять, адресуя напрямую каждую ячейку в отдельности. Побитный доступ позволяет Intel и Micron заявлять о возможности использования новой памяти не только в привычных форм-факторах накопителей, но на данный момент на логическом уровне ячейки памяти в Intel Optane Memory пока что все равно объединяются в блоки по 512 байт.
Также ячейки новой памяти не нуждаются в предварительной очистке перед записью данных (цепочка «read-modify-write»). Соответственно, отпала нужда в реализации алгоритмов «сборки мусора» («Garbage Collection»). Благодаря этому, помимо сокращения задержек на операциях записи, снижаются требования и к быстродействию контроллера, а попутно – необходимости установке буферной памяти DRAM. Интересно, что инженеры заявляют о резком повышении скорости записи, теперь она на одном и том же типе операций не отличается от чтения.
На данный момент конструктив микросхем памяти 3D XPoint существует только в одном варианте: каждая микросхема размерами 17.6 х 13.7 мм содержит только один кристалл размерами 16.16 х 12.78 мм, имеющий емкость 128 Гбит и изготовленный по нормам 20-нм техпроцесса. Что интересно, по исследованиям независимых специалистов, подавляющая часть кристалла отведена именно под ячейки, на управляющие структуры приходится меньше 9%.
Данный показатель называет «эффективность памяти на кристалле» и по нему Intel и Micron обходят не только своего ближайшего технологического конкурента Samsung (3D 48L V-NAND – примерно 70%), но и побили свой предыдущий рекорд – свою собственную 3D V-NAND с ее ~85%. Однако по плотности записи информации достижения скромнее – 1.62 Гбит на квадратный миллиметр, тогда как 48-слойная 3D V-NAND Samsung имеет плотность 2.5 Гбит на квадратный миллиметр.
Но даже эти цифры – на порядок лучше, чем у DRAM, что, в совокупности с гораздо большим ресурсом по циклам перезаписи (теоретически предполагается, что он сопоставим с DRAM), позволит 3D XPoint заменить ее. Пока что подобные продукты еще не выпущены, существуя лишь в тестовых образцах, но уже сейчас они выглядят крайне привлекательно: сравните размеры одной микросхемы 3D XPoint и стоимость накопителя объемом 16 Гбайт и соответствующего модуля DDR4.
Безусловно, новая память интересна, но без недостатков не обошлось. Во-первых, производство ее пока сильно ограничено и пока имеются проблемы с наращиванием объемов. Во-вторых – немалая себестоимость (что, кстати, отчасти проистекает из первого). Если корпоративного заказчика еще можно привлечь сумасшедшими показателями IOPS и отрасль способна платить по $5 за гигабайт такого скоростного объема, то розничном рынке с таким ценником перспектив мало.
Поэтому Intel и Micron пошли по пути наименьшего сопротивления – выпуск малоемких кэширующих накопителей простой конструкции. Благо у Intel имеется небезызвестная технология Intel Smart Response – по сути, не только готовые наработки, но и множество контрактов с производителями готовых ПК, что есть готовый рынок сбыта. Достаточно лишь немного доработать программную часть с учетом особенностей новинки.
В сути Intel Optane Memory – это программно-аппаратный комплекс: все возможности раскрываются лишь при установке специального программного обеспечения. На сайте Intel присутствуют программные пакеты только для операционных систем семейства Microsoft Windows, причем имеются реализации не только для Windows 10, но и 8, и 7. Однако – только 64-разрядных редакций. А вот для рядовых пользователей операционных систем Linux никакой поддержки не предполагается вовсе.
«Старая» Intel SRT просматривается в Intel Optane буквально на каждом шагу: для активации данной технологии точно также необходимо иметь SATA-накопитель и накопитель Intel Optane Memory. Сначала подключаем к системе первый накопитель, устанавливаем на него операционную систему и пакет Intel SRT (если они не установлены), после чего активируем технологию кэширования. После чего быстродействие вырастает на операциях чтения и записи. Ограничение только одно – объем кэширующего накопителя, причем нужно понимать, что кэш – это не просто «посредник» в передачи данных туда-обратно, он хранит на себе часть наиболее используемых данных.
«Старая» реализация Intel SRT предусматривает два режима работы, между которыми можно выбирать самостоятельно: Write-throgh и Write-back. Первый режим предусматривает параллельную работу основного и кэширующего накопителей на операциях записи. Такой вариант медленней, но надежней – при случайном отключении кэширующего накопителя данные не пострадают и возможно продолжение работы без каких-либо ограничений. Второй режим быстрее, потому что быстродействие ограничивается скоростью кэширующего накопителя – все данные сначала поступают на него, а только потом переносятся на основной.
Но и в этом его слабость – в случае рассинхронизации их работы (кэширующий накопитель отключен нештатным образом), на основном накопителе может образоваться «каша» в силу того, что часть данных в режиме Write-back даже после нескольких перезагрузок может храниться только на кэширующем накопителе. Причем под «данными» подразумеваются не «файлы», а именно данные. Условно говоря, изменили крупный файл – измененный блок может остаться в кэше. В Intel Optane используется только второй режим и любое извлечение накопителя Intel Optane Memory приведет к недоступности данных (в моем случае при изъятии накопителя Intel из разъема, BIOS материнской платы отказывался признавать кэшируемый HDD как загрузочный, он даже не отображался в списке доступных).
Еще одним, уже прямым, ограничением является то, что официально Intel Optane доступна только при использовании в системе материнской платы на базе набора системной логики Intel «двухсотой» серии. Из «сотой» серии поддержка заявлена только для мобильных Intel QM175 и HM175.
И здесь наблюдается некоторый конфликт с маркетинговой точки зрения: «старую» версию Intel SRT можно активировать лишь на старших сериях наборов системного логики Intel. Таким образом, самый младший Intel B250 может похвастать самой продвинутой технологией кэширования на сегодняшний день, но прошлая ее версия на нем же недоступна.
Накопитель прибыл на тестирование без какой-либо упаковки, только само устройство. Но это – особенности тестового образца, для розницы предусмотрена полноценная штучная упаковка (картонная коробка синего цвета), а в комплекте с накопителем должны идти небольшой буклет-инструкция и наклейка на лицевую панель корпуса системного блока компьютера с фирменным логотипом «Intel Optane».
Технически Intel Optane Memory является типичным устройством форм-фактора M.2 типоразмера 2280 (22 х 80 мм). Все микросхемы размещены только с лицевой стороны печатной платы, тыльная – пуста. С обеих сторон накопителя наклеены информационные этикетки, содержащие различные данные о конкретном экземпляре, причем они сделаны не из бумаги, это медная фольга с лакокрасочным слоем и надписями на нем – некий простой вариант тепло-распределителя.
Микросхем всего четыре:
Визуально накопитель неотличим от других SSD, выполненных в форм-факторе M.2.
Разве что можно заметить отсутствие микросхемы буферной памяти DRAM, да небольшой размер контроллера. Но и тут достаточно вспомнить про получающие в последнее время «безбуферные» («DRAM-less») контроллеры Marvell и Phison и различие нивелируется.
Тем не менее, аппаратно различия есть: технически контроллер Intel сообщается с системой только двумя линиями PCI-Express 3.0, а не четыремя. А вот этот вариант редок – на данный момент в рознице такие накопители не встречаются. Впрочем, не стоит обольщаться даже этим: по факту скорость приема данных накопителем Intel Optane Memory далека от пропускной способности даже такого урезанного интерфейса. Даже старшая версия объемом 32 Гбайт, которую мы тестируем, может записывать со скоростью чуть больше 200 Мбайт/с.
С программной точки зрения Intel Optane Memory также максимально близок к SSD-накопителям: он точно также видится системой, его можно увидеть в BIOS материнской платы на любом наборе системной логики (причем не только Intel, но и AMD), разумеется, тех, что «умеют» работать с NVMe SSD.
Можно считать SMART:
15 параметров SMART – ровно столько, сколько мы уже видели на других PCIe SSD. Intel не отклоняется от стандарта. Есть учет объема записанных и прочитанных данных и по интерфейсу PCIe (учет идет блоками по 512 байт) и фактическая запись в массив памяти, что позволяет оценивать уровень WA. Присутствуют счетчики времени работы, количества включений, ошибок, количества неожиданных отключений питания. Температурный мониторинг рабочий.
Накопитель видится и фирменным пакетом Intel SSD Toolbox:
Иначе говоря, по факту нет никаких препятствий к тому, чтобы использовать накопитель как полностью самодостаточное устройство. Главное – уместиться в небольшой по современным меркам объем.
Сам процесс активации Intel Optane прост: необходимо загрузить приложение «Память Intel Optane» с сайта Intel и установить его, затем одной кнопкой активировать кэширование. Процесс активации займет некоторое время, в процессе этого действа будет произведено две перезагрузки.
После включения кэширования накопитель Intel Optane Memory перестает видеться операционной системой, оказывается недоступен и его SMART, а в списке установленного оборудования появляется устройство со специфичным названием.
Нужно заметить, что в BIOS материнской платы после установки накопителя Intel Optane Memory становится доступен режима работы «Intel RST Premium With Intel Optane System Acceleration (RAID Mode)».
Его включение само по себе бесполезно – операционная система просто перестает запускаться, для активации кэширования нужно именно приложение «Память Intel Optane».
Целиком накопитель переписывается меньше, чем за две минуты, прогреваясь при этом до температуры чуть выше 50°C.
Температурный режим вполне умеренный, проблем с перегревом возникнуть не должно.
В этот раз не будет традиционных тестов. Причин этому две. Во-первых, Intel Optane изначально позиционируется как кэширующий накопитель, а потому в самой идеологии его работы подразумевается хранение наиболее часто используемых данных, работа с ними и будет ускоряться. Во-вторых, чисто технически объем Intel Optane слишком мал для полноценной эксплуатации в качестве системного накопителя.
На первый взгляд, имеет место несколько странный набор участников тестового стенда, но это – лишь на первый взгляд.
Samsung SM961 128 Гбайт и герой нашего сегодняшнего обзора продаются на Amazon по схожей цене. Решение Samsung лишь на несколько долларов дороже, его можно спокойно использовать в качестве системного и даже разместить на нем ряд игр и приложений. Вполне достаточный для нетребовательного пользователя вариант. При этом Samsung SM961 является представителем самой новой и скоростной аппаратной платформы, которую Samsung предлагает на розничном рынке – контроллер Samsung Polaris и 48-слойная MLC 3D V-NAND. Правда, в данном случае быстродействие будет ограничиваться малым объемом, что особенно выражено на операциях записи, согласно официальным спецификациям – от 1.5 до 2.5 раз в сравнении со старшими модификациями. А «официально розничный» Samsung 960 Pro, объемы которого начинаются с 512 Гбайт, даже еще слегка побыстрее.
Toshiba OCZ Trion 150 960 Гбайт стоит дороже Intel Optane Memory 32 Гбайт в три раза, но при этом это, во-первых, представитель типичной массовой бюджетной платформы (в его основе лежит так называемый «референс-дизайн» на базе контроллера Phison S10 и планарной 15-нм TLC NAND Toshiba, который без изменений используется множеством «производителей» второго-третьего эшелона), во-вторых, интересна именно емкость – в 30 раз больший объем позволяет практически не задумываться о наличии свободного места.
Ну а два HDD (WD Purple 4 Тбайт и Toshiba MQ01ABD050) с кэшированием – это то самое, на что так напирает сама Intel. Причем Toshiba MQ01ABD050 – это не просто «ноутбучный» HDD (компактные ПК с применением «ноутбучного» HDD и Intel Optane Memory – это как раз один и основных вариантов новой технологии), а его худший вариант – в нем активна постоянная парковка БМГ, что вносит дополнительные задержки в работу накопителя. И кэширующий SSD в теории должен нивелировать такой недостаток.
Следует заметить, что при тестировании WD Purple 4 Тбайт была учтена особенность накопителей на магнитных пластинах – в силу понятных физических особенностей показатели быстродействия в начале объема выше, чем в конце. Логично разбить HDD на два (при необходимости и более) раздела и в качестве системного использовать тот раздел, что расположен в самом начале. Соответствующим образом и для тестов размечались первые 500 Гбайт объема.
Для тестирования Intel Optane была собрана следующая конфигурация:
Программное обеспечение:
Как уже отмечено выше, любая кэширующая технология может обеспечить быстродействие только в пределах объема кэша, причем на текущих операциях он не может задействоваться целиком в силу того, что часть кэша занимается данными, которые запрашиваются наиболее часто. Intel Optane Memory в данном случае не является исключением: под «оперативное» кэширование выделяется примерно половина его объема.
В тестах используется Intel Optane Memory 32 Гбайт и при копировании одновременно 48 Гбайт данных на высокой скорости записывается примерно 16 Гбайт, после чего скорость падает. Причем скорость снижается даже не до исходного уровня используемого HDD, а еще ниже – параллельно с продолжающимся процессом копирования, запущенным пользователем, начинается перенос данных из кэша на основной накопитель.
Простой синтетический бенчмарк, который полезен тем, что позволяет проводить тестирование накопителя так, что показывает результаты, близкие к его пределу. Замеры проводятся в пределах объема, задаваемого пользователем (по умолчанию стоит 1000 Мбайт), отображается максимальное значение, полученное в результате нескольких проходов, количество которых также задается пользователем (по умолчанию – 5).
Режим тестирования случайными данными, не подвергаемых компрессии
На накопитель записывается файл размером 1000 Мбайт, состоящий из случайных практически не поддающихся компрессии данных. Результат теста – среднее значение по итогам пяти линейных проходов чтения.
Последовательное чтение Мбайт/сНа накопитель записывается файл размером 1000 Мбайт, состоящий из случайных практически не поддающихся компрессии данных. Результат теста – среднее значение по итогам пяти проходов чтения случайным доступом блоками 512 Кбайт. Глубина очереди запросов – 1.
Чтение блоками по 512 Кбайт, Мбайт/сНа накопитель записывается файл размером 1000 Мбайт, состоящий из случайных практически не поддающихся компрессии данных. Результат теста – среднее значение по итогам пяти проходов чтения случайным доступом блоками 4 Кбайт. Глубина очереди запросов – 1.
Чтение блоками по 4 Кбайт, Мбайт/сНа накопитель записывается файл размером 1000 Мбайт, состоящий из случайных практически не поддающихся компрессии данных. Результат теста – среднее значение по итогам пяти проходов чтения случайным доступом блоками 4 Кбайт. Глубина очереди запросов – 32.
Чтение блоками по 4 Кбайт, глубина очереди запросов - 32, Мбайт/сНа накопитель записывается файл размером 1000 Мбайт, состоящий из случайных практически не поддающихся компрессии данных. Результат теста – среднее значение по итогам пяти линейных проходов записи.
Последовательная запись, Мбайт/сНа накопитель записывается файл размером 1000 Мбайт, состоящий из случайных практически не поддающихся компрессии данных. Результат теста – среднее значение по итогам пяти проходов записи случайным доступом блоками 512 Кбайт. Глубина очереди запросов – 1.
Запись блоками по 512 Кбайт, Мбайт/сНа накопитель записывается файл размером 1000 Мбайт, состоящий из случайных практически не поддающихся компрессии данных. Результат теста – среднее значение по итогам пяти проходов записи случайным доступом блоками 4 Кбайт. Глубина очереди запросов – 1.
Запись блоками по 4 Кбайт, Мбайт/сНа накопитель записывается файл размером 1000 Мбайт, состоящий из случайных практически не поддающихся компрессии данных. Результат теста – среднее значение по итогам пяти проходов записи случайным доступом блоками 4 Кбайт. Глубина очереди запросов – 32.
Запись блоками по 4 Кбайт, глубина очереди запросов – 32, Мбайт/сПо результатам этого искусственного теста мы видим выдающиеся результаты, скорость практически идентична спецификациям самого Intel Optane Memory 32 Гбайт. Но ничего необычного в этом нет: как было отмечено выше, кэширование работает в режиме Write-back и по факту тест, работая в ограниченном объеме, общается именно с накопителем Intel, до HDD данные практически не доходят.
В отличие от Crystal Disk Mark, разработчики данного программного пакета всячески избегают «чистых» скоростей. Здесь поставлена задача имитации настоящей работы реального пользователя с накопителем. Каждый тест – это сценарий-трасса работы конкретного приложения, причем воспроизведено все в деталях, вплоть до пауз в работе. В конечном итоге прохождение данного теста может занимать от чуть меньше часа (на быстром PCIe SSD) до трех и более часов на медленных SSD и HDD.
В качестве результата выводится общий итог в очках, который вычисляется программой по специальной формуле на основе результатов всех тестов, который дублируется в скорости в мегабайтах в секунду. Попутно приводится список тестов и результат в секундах для каждого из них.
Общий результат, очковИ вот здесь мы видим менее приятную картину. Нет, ускорение происходит, причем заметное, но по итогам тестов связка из Intel Optane Memory 32 Гбайт и HDD не в состоянии тягаться с построенным на бюджетной платформе Toshiba OCZ Trion 150 960 Гбайт, не говоря уже про PCIe SSD Samsung SM961 128 Гбайт.
В сухом остатке мы можем сделать очень простой вывод: череда громких обещаний и пламенных речей, которые касались новой технологии, на данный момент на практике дала совсем немного. Кэширование – это кэширование, даже если в его основе лежит новаторская аппаратная платформа. И все известные минусы таких «гибридных» решений никуда не исчезают: основной эффект достигается только при условии работы по регулярно повторяющимся сценариям с одними и теми же объемами данных, ограниченных достаточно небольшими объемами.
Мало того, нужно отдавать себе отчет в том, что значительная часть современных жестких дисков больших объёмов на линейных операциях записи (типичный пример – копирование крупных файлов) сама по себе способна принимать данные со скоростью больше 200 мегабайт в секунду. Попытавшись сочетать, например, Seagate Surveillance 8 Тбайт и Intel Optane Memory 16 Гбайт в нагрузке такого рода, мы получим не улучшение, а создадим дополнительное «бутылочное горлышко» в системе, ухудшив скорость копирования.
Не лучшим образом будет обстоять дело и в том случае, когда на компьютере выполняется большое количество разнообразных операций чтения с большими объемами данных. Например, можно регулярно запускать одни и те же игры, но «крупные». Те же популярные Rise of the Tomb Raider, The Witcher 3: Wild Hunt, DiRT Rally и Doom 2016 требуют под себя 26, 42, 50 и 66 Гбайт соответственно. В Optane их игровые ресурсы банально не поместятся. Некоторое ускорение запуска, естественно, будет (в любой игре часть файлов задействуется постоянно), но незначительное.
Если же говорить о простой работе на небольших объемах, то тут тоже сложно. Вопрос в том, какие именно это объемы. Ценники, установленные на Intel Optane Memory, таковы, что может оказаться целесообразнее приобрести обычный SSD и не озадачивать себя ни настройками, ни нюансами эксплуатации, ни необходимостью обновляться до новой платформы Intel (не говоря уже о привязке к ней). Причем за стоимость Intel Optane Memory 32 Гбайт можно приобрести не только довольно дорогой Samsung SM961 128 Гбайт – среди SATA SSD и вовсе можно подобрать варианты объемом 240-256 Гбайт.
Фактически область применения Intel Optane Memory все так же узка: ПК с HDD, владельцы которых живут по принципу «хочу очень емкий накопитель, размеченный под один большой раздел на весь объем», но при этом запускающие небольшое количество программ не слишком большого объема, а большую часть пространства HDD использующие как пространство для хранения редко используемых файлов. Энтузиастов эффект, возникающий от установки Intel Optane Memory, просто не привлечет.
Выражаем благодарность:
