Обзор и тестирование SSD-накопителя Intel Optane: встречают по одежке, провожают – по уму

Оглавление

• Вступление
• Обзор Intel Optane
• Статус модели
• Intel 3D XPoint
• Упаковка и комплектация
• Внешний осмотр
• Программная часть
• Температурный режим
• Тестирование производительности
• Тестовый стенд и ПО
• Стабильность скоростных характеристик
• CrystalDiskMark (64bit) 3.0.3
• Futuremark PCMark 8
• Заключение

Вступление

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.

Обзор Intel Optane

Статус модели

Страница на сайте производителя: Intel Optane.

Цены (на момент публикации):

• В московской рознице – 5800 рублей;
• Регард – 5400 рублей;
• Amazon – $79.99 (4621 руб.);
• Newegg – $127.99 (7399 руб.);
• ComputerUniverse – €70.58 (4831 руб.) для заказа в РФ.

Intel 3D XPoint

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.