Что такое optane memory

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):

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.

Источник

Часто задаваемые вопросы о Intel® Optane™ памяти

Тип материала Информация о продукции и документация

Идентификатор статьи 000024018

Последняя редакция 14.12.2021

См. ответы на часто задаваемые вопросы о поддержке Intel® Optane™ памяти и ускорении системы.

Нажмите или название темы для получения информации:

О Intel® Optane™ памяти

Intel® Optane™ — это решение для ускорения системы, установленное между процессором и медленными устройствами хранения данных (SATA HDD, SSHD, SSD), что позволяет компьютеру хранить часто используемые данные и программы ближе к процессору. Это позволяет системе получать доступ к этой информации быстрее, что может повысить общее быстродействие системы.

Она обеспечивает более быстрое выполнение задач и сокращает время ожидания по сравнению с компьютером только с одним жестким диском.

Intel® Optane™ предназначена для обеспечения энергозависимой, высокопроизводительных, долговечностью, низкого уровня задержек и качества обслуживания. Сочетание этих атрибутов в технологии памяти выделяет ее среди прочих компонентов.

Intel® Optane™ памяти отличается от других решений NAND-кэшации по следующим причинам:

Intel® Optane™ использует энергозависимую Intel® Optane™ носитель памяти с Технология хранения Intel® Rapid драйвером для ускорения доступа пк к энергозависимой информации. Энергозависимая память — это «долгосрочная память» вашего компьютера, которая сохраняется даже в выключенном состоянии. Персональные документы пользователя ПК, фотографии, видео, музыка и файлы приложений являются примерами энергозависимой информации.

DRAM или динамическая память произвольного доступа — это технология энергозависимой памяти, которая используется в качестве кратковременной рабочей памяти вашего компьютера. В памяти DRAM временно хранятся входные данные и результаты вычислений процессора. После выключения ПК данные исчезают из памяти DRAM.

Эти две технологии памяти служат разным целям в иерархии памяти ПК, Intel® Optane™ память дополняет DRAM, а не полностью заменяет ее. Компьютер с памятью Intel® Optane™ DRAM может быстрее получать доступ к программам и данным, обеспечивая дополнительную производительность и быстродействие.

Прикрепление файла, папки или приложения

Для получения дополнительной информации см. раздел Часто задаваемые вопросы о закреплении ускорения системы Intel® Optane™ памяти.

Аппаратное и программное обеспечение

Ознакомьтесь с полной информации о системе, готовой к Intel® Optane™ памяти.

В чем разница между модулем Intel® Optane™ и модулем Intel® Optane™ памяти M10?

Модули Intel® Optane™ памяти M10 добавляют возможность поддержки низкого энергопотребления для мобильных платформ и современных подключенных режимов ожидания.

Поддерживается ли Linux* при Intel® Optane™ памяти для ускорения системы?

Нет, Intel® Optane™ памяти требуются 64-разрядная операционная система Windows 10 и программное обеспечение Технология хранения Intel® Rapid (Intel® RST). Использование устройства с другим программным обеспечением для кэшации не поддерживается и не проверено.

Я хочу установить в моей системе несколько операционных систем на нескольких дисках. Может ли Intel® Optane™ увеличить производительность нескольких дисков?

Нет, Intel® Optane™ памяти может использоваться для ускорения работы одного диска.

Производительности

Ноутбук с жестким диском и памятью Intel® Optane™ почти в два раза выше (по результатам измерений SYSmark* 2014 SE (запас быстродействия) на конфигурациях системы ниже).

Базовая система (с жестким диском)
Intel® Core™ i7-8650U, расчетная мощность 15 Вт, 4 ядра, до 4,2 ГГц, технология Turbo до 4,2 ГГц, память: 2 модуля памяти DDR4-2400 емкостью по 4 ГБ, подсистема хранения: Seagate* ST1000LM048, 2,5 дюйма, жесткий диск 1 ТБ, ОС: Windows* 10.

Система с 16 ГБ Intel® Optane™ памяти
Та же конфигурация с модулем Intel® Optane™ памяти M10 емкостью 16 ГБ.

SYSmark* 2014 SE — тест консорциума BAPCo*, измеряя производительность платформ Windows*. Тесты SYSmark* для четырех сценариев использования: офисная продуктивность, создание мультимедиа, анализ данных/финансовый анализ и быстродействие. SYSmark* содержит реальные приложения от независимых поставщиков программного обеспечения, таких как Microsoft* и Adobe*

Результаты эталонных тестов могут быть изменены после дополнительного тестирования. Результаты зависят от определенных конфигураций платформ и рабочих нагрузок, использованных во время тестирования, и могут не применяться к определенным компонентам, компьютерным системам или рабочим нагрузкам пользователя. Результаты необязательно являются репрезентативными для других эталонных тестов, и результаты других тестов могут демонстрировать более или менее сильное влияние на них.

Программное обеспечение и рабочие нагрузки, используемые в тестах производительности, могли быть оптимизированы для обеспечения высокой производительности только с микропроцессорами Intel. Тесты производительности, такие как SYSmark и MobileMark, проводятся с использованием определенных компьютерных систем, компонентов, программного обеспечения, операций и функций. Любые изменения этих факторов могут привести к изменению результатов. Вы должны обращаться к другим данным и тестам производительности, чтобы помочь вам в полной оценке ваших закупок, включая производительность этого продукта в сочетании с другой продукцией. Для получения дополнительной информации посетите сайт раскрытия информации о тесте производительности.

Могу ли я увидеть повышение производительности сразу после включения Intel® Optane™ памяти?

В течение трех загрузочных циклов после включения Intel® Optane™ памяти загрузка ОС занимает меньше времени. В приложениях и файлах память Intel® Optane™ автоматически запоминает ваши вычислительные процессы для ускорения часто используемых приложений.

Каково энергопотребление и рабочая температура модуля Intel® Optane™ памяти?

Для получения дополнительной информации см. краткое описание продукции.

Все ли приложения показывают рост производительности выполнения?

Intel® Optane™ памяти улучшает время запуска часто используемых приложений и файлов. Точное повышение производительности зависит от каждого приложения.

Использует Intel® Optane™ памяти методы кэшации записи или записи?

Обратная запись используется для оптимизации производительности и быстродействия. В этом режиме сначала используется большинство записей в модуль памяти Intel® Optane™ хоста, которая обновляет копию на ускоряемом диске во время доступных периодов бездействия системы.

Вопросы, связанные с различными примерами использования

Нет, перед тем, как переместить Intel® Optane™ в другой компьютер, вам необходимо отключить Intel® Optane™ памяти. Вы можете отключить ее в Intel® Optane™ или Intel RST приложениях. Для получения дополнительной информации см. Intel Optane руководство пользователя и инструкции по установке памяти.

Что произойдет, если я удалю Intel® Optane™ памяти из своей системы после включения?

Том (модуль + ускоряемый диск) будет отключен для защиты пользовательских данных. Вы не сможете использовать этот том, пока модуль не будет возвращен в систему.

Что будет с моими данными на ускоряемом диске, если я потеряю или поврему Intel® Optane™ модуля памяти?

При создании тома Intel® Optane™ памяти (ускорение диска + пара модулей Intel® Optane™ памяти), если один из них отсутствует в системе, другой диск будет отключен, ОС его не видите и он больше не может быть использован.

Мы рекомендуем использовать программное обеспечение сторонней компании для восстановления данных на связанном диске.

Какое программное шифрование доступно для моего тома® Intel® Optane™ памяти?

Поддержка Microsoft BitLocker*, версии Windows 10 или новее.

Источник

Практическое знакомство с технологией Intel Optane Memory на основе тестов приложений

Оглавление

Не так давно мы познакомились с накопителем Intel Optane Memory емкостью 32 ГБ, подходя к нему именно как к обычному твердотельному накопителю. Естественно, в таковом качестве он выглядел не слишком интересно, поскольку на подобное применение и не рассчитан. Следствием чего является и специфический контроллер. хотя и любому другому было бы сложно «развернуться» в конфигурации с одним-двумя чипами памяти: сколь бы «хорошей» она не была. «Взрослые» накопители этого семейства выглядят совсем по-другому, однако и стоят пока достаточно дорого, так что на использование в массовых «персоналках» не позиционируются. Тем более что и нагрузка на дисковую подсистему в последних невелика, что делает любые твердотельные накопители (на любом типе NAND и даже не-NAND) практически неотличимыми друг от друга. Впрочем, накопители «персонального» семейства Intel на базе памяти типа 3D XPoint постепенно начинают появляться (например, линейка Optane SSD 900P с моделями емкостью 240 и 480 ГБ уже анонсирована), так что вскоре можно будет оценить их плюсы и минусы, уже не привязываясь к кэшированию данных.

А вот от винчестеров все твердотельные накопители, напротив, отличаются заметно. И именно в качестве кэширующих при использовании с последними и предполагается использовать Optane Memory согласно задумке производителя. Соответственно потенциальный рынок сбыта огромный — зачем бороться за долю на 20% рынка (а именно столько компьютеров сейчас продается с SSD в системе хранения данных), когда есть 80%, новыми технологиями никак не охваченных? Понятно, что во многом как раз из-за цены, поэтому рассчитывать на весь «кусок» было бы неправильным: все-таки одиночный винчестер по-прежнему дешевле. Однако часть можно и «отожрать», охватив тех пользователей, для которых установка кроме емкого винчестера еще и маленького (а на другой денег не хватает или просто жалко) твердотельного накопителя неудобна. Или сложна. Или кажется таковой. В любом случае, тут надо привыкать к какому-то новому подходу, а не традиционному: когда есть в компьютере одиночный «диск Ц», куда все и валится по-умолчанию (вплоть до хранения последнего сезона любимого сериала прямо на рабочем столе или сотни гигабайт временных файлов в папке «Temp»: «системный» SSD на сотню гигабайт таких вольностей не позволяет). Optane менять привычки не заставляет — уже большое дело. Да и стоимость добавления накопителя к системе все-таки немного ниже, чем обычного SSD если не привязываться к емкости и не высматривать экзотику типа розничной торговли комплектующими, а конфигураторы крупных продавцов: одно стоит 50-100 долларов, другое — от 130 (во всяком случае, на момент написания статьи расклад был именно таким).

Словом, для массового потребителя — удобная технология. Но даст ли она ему что-то на практике — главный вопрос. Понятно, что ничего общего с идеалом в виде компьютера совсем «без механики» кэширующая СХД не имеет. С другой стороны, и по цене тоже — этот «идеал» пока достижим лишь в отдельных нишах и/или очень дорого. Но должно быть лучше, чем вообще без твердотельных накопителей. А между двумя этими крайними точками огромное расстояние, куда, собственно, системы с Optane Memory и будут попадать. Причем в точности и не скажешь — в какую именно часть диапазона: все будет зависеть от конкретных задач, да и от системы.

Поэтому искать плюсы и минусы придется поэтапно. Вот с сегодняшнего дня и начнем. Тем более, что некоторое время назад мы занимались исследованием вопроса — как правильно сконфигурировать мини-ПК базового уровня типа NUC 7i3BNH. Пришли к выводу, что начать стоит с SSD «карточного» формата, а потом (при необходимости в дополнительном дисковом пространстве) уже добавить винчестер.

В общем, с этим всем пока вопрос открыт — вскрытие покажет. Мы же сейчас попробуем решить более простую проблему: вот есть NUC, купленный только с жестким диском, есть в нем свободный слот. В него можно установить SSD гигабайт так на 128, а то и все 240, а можно за аналогичные деньги прикупить Optane Memory на 32 ГБ. Что получится в первом случае — понятно и уже протестировано. Его неудобства тоже известны — склонировать терабайтник на «четвертушку» вряд ли окажется простым делом, так что, скорее всего, придется вообще заниматься переустановкой системы и настройкой всего «с нуля». Со 128 ГБ (которые по цене, все-таки, ближе) лучше изначально с клонированием не возиться, да и потом быть готовым к творческому распределению информации и программ по устройствам. Нельзя сказать, что все это так уж сложно, а любителя что-то настраивать и улучшать вообще может привести в восторг, но. Многие простые пользователи потому и не делают ничего в плане повышения производительности компьютеров, что им просто лень возиться. Intel же как раз обещает и отсутствие неудобств и увеличение быстродействия системы. Всего-то надо чуть-чуть заплатить — и даже ничего не изучать. Посмотрим — насколько ожидания совпадут с реальностью.

Процесс установки

Открутить четыре винта, снять крышку и дисковый отсек — занятие простое и еще в предыдущей серии тестов неоднократно проделанное 🙂 Установить Optane Memory на законное место M.2 2280 — тоже; и тоже не в первый раз — «обычные» SSD ранее устанавливались аналогично. Дальше компьютер был снова собран, включен — в наличии накопителя убедились: как при помощи UEFI Setup, так и в диспетчере устройств Windows. Настала очередь установки программного обеспечения.

Компания предлагает на выбор два варианта — либо устанавливать полный пакет Rapid Storage Technology, который теперь «умеет» не только работать с RAID-массивами и/или поддерживать технологию Smart Response (в том числе, и для PCIe-накопителей, один из которых может кэшировать другой — аналогичный по интерфейсу, но более медленный), но и для Optane Memory подходит, либо воспользоваться специальной утилиткой SetupOptaneMemory. Второе официально проще, но не дает возможности тонких настроек, да и вообще практически никаких — просто делает то, что и заложено в названии. Мы решили пойти более продвинутым путем, установили RST, RST никаких способов ускорения системы не увидел. Попытка же просто включить режим Optane Memory для SATA-контроллера в UEFI Setup приводила к невозможности загрузки системы — о чем нас, в общем-то, сразу при таковой и предупреждали.

Решено было воспользоваться SetupOptaneMemory — все-таки приложение для «простого юзера» должно быть и более «юзерфрендли» с точки зрения диагностики ошибок. Так и вышло — программа сообщила, что включить технологию невозможно, поскольку последний раздел на винчестере является неперемещаемым и неизменяемым. В принципе, логично — восстановление системы (для которого он и предназначен) процесс редкий, так что переместить раздел в самую медленную область носителя, разместив полезные данные ближе к внешним дорожкам, в какой-то степени полезно. Но с Optane Memory такое решение изначально было несовместимо — драйверы резервируют место в конце для вытеснения информации из кэша. Просто потому, что для этого лучше иметь непрерывную область заранее заданного размера (в идеале — как раз на полную емкость собственно кэширующего модуля, т. е. 16 или 32 ГБ) — быстрее будет и надежнее. Потом уже во время паузы в работе можно перенести вытесненные данные «на законное место», но потом. А резерв держать нужно всегда. Но для этого последний раздел нужно немножко «обрезать». Именно это в нашем случае и не удавалось сделать, о чем нас предупредила SetupOptaneMemory, а RST молча не делал ничего и ничего не предлагал. Таким образом, изначально первый блин оказался комом — просто взять и добавить Optane Memory в готовую рабочую систему не получалось. А вот появившаяся осенью новая версия RST с подобной ситуацией уже справляется: производитель «научил» ее немного ужимать и разделы восстановления.

Но, если не учитывать этот недостаток (оказавшийся, тем более, временным), все действительно легко и просто — особенно при использовании простой специальной утилиты. Благо таковая обучена только двум действиям — включать режим кэширования и выключать его. Последнее необходимо делать штатными средствами, поскольку, напомним, логика работы Optane Memory дублирования данных не предусматривает, т. е. что попало в кэширующий модуль, того уже нет на винчестере. Соответственно, при желании удалить модуль (например, для замены на более емкий или вообще), нужно «сбросить» всю информацию на жесткий диск. В простых случаях, соответственно, ей можно и ограничиться. Если же в компьютере установлено несколько накопителей, причем системным уже является SSD (любой), придется использовать RST: этот пакет позволяет выбрать накопитель, который и будет кэшироваться, а SetupOptaneMemory работает только с системным. Однако сложными случаями мы пока заниматься не будем — позже и их время настанет.

Органолептические свойства

Насмотревшись за прошедшие годы разнообразных технологий кэширования и ускорения работы, а также сопоставив увиденное с обещанным, мы по понятным причинам к новой разработке компании изначально относились с определенным скепсисом. Точнее, к тому, что быстрее будет загружаться операционная система, готовились сразу: об этом нас сотрудники Intel предупредили. Как и том, что «мгновенное» ускорение обеспечивается только с модулями от 32 ГБ, «умеющими» работать и с файлами как таковыми, так что часть их сразу же перемещается куда следует. Вот более поздний опыт общения с младшей модификацией на 16 ГБ показал, что ей по-прежнему требуется некоторое время на «обучение»: работает она на уровне секторов, так что драйверу следует понять — какие из них относятся к часто используемым данным.

Некоторой неожиданностью же оказалось то, что через некоторое время (для модели на 16 ГБ) или почти сразу (в случае 32 ГБ) поведение системы стало сложным отличать от работы только с твердотельным накопителем. Особенно это касалось чисто дисковых нагрузок — что винчестер используется, заметить было несложно, только вот непрерывного «стрекота голов», привычного по операциям со случайной адресацией не было. Т. е. в принципе внедрение кэширования записи и использование для постоянно изменяемых (в т. ч. служебных) областей именно модуля Optane Memory исправило недостаток «старых» систем кэширования, способных ускорять лишь чтение данных, но мгновенно «пасующих» при записи. Просто потому, что данные нужно в любом случае записывать на винчестер: либо сразу, либо в режиме отложенной записи, которая все равно оказывалась менее эффективной, чем кэширование в памяти. А над последним за последние 10 лет в Microsoft поработали очень хорошо, что и позволяет новым версиям Windows зачастую «шевелиться» куда «бодрее» и на старых системах, чем (казалось бы) легкой и компактной Windows XP. Последнюю бы «подстегнуть» не помешало, вот только большинство кэширующих технологий все равно требовало использования как минимум Windows Vista. Не слишком популярной, так что часто речь шла о Windows 7/8, где с кэшированием в памяти все в порядке, да и самой памяти в среднем компьютере стало больше. В итоге протестировав в свое время технологию Smart Response мы пришли к выводу, что ее использование для ускорения несистемного диска вообще не оправдано — многие «традиционные» операции вообще замедляются. Ускоряется запуск программ и прочие повторяющиеся операции, но только когда можно ограничиться чтением из кэша: любая операция записи — это привычный стрекот винчестера. Да еще и накладные расходы на работу технологии. И лишние расходы на плату на одном из старших чипсетов — младшие Smart Response просто не поддерживали. А вот Optane Memory явно «подстегивает» саму работу винчестера, что заметно невооруженным глазом. Но не полагаясь только на него, мы решили провести и инструментальные тесты — тем более, нам есть с чем сравнить результаты.

Тестирование

Методика тестирования

Тестирование проводилось с применением нашего бенчмарка на основе реальных приложений iXBT Application Benchmark 2017. Повторимся, что для нормальной работоспособности тестовых скриптов на системе с винчестером в качестве основного накопителя, их пришлось немного модифицировать в плане задержек, да и длительность паузы между загрузкой системы и запуском теста пришлось увеличивать, поскольку фоновая работа продолжалась уже и после того, как Windows «рапортовала» об успешном окончании загрузки. Ничего подобного ни с SSD, ни с «оптанизированным винчестером» не требуется — собственно, как уже было сказано выше, различить эти два случая «на глаз» очень сложно, да и нужно знать, где искать. Подготовка к тестам это подтверждает.

Набор же игровых тестов решено было в очередной раз не использовать — не для этих систем задача. Вот в будущем будет, по крайней мере, интересно опробовать более серьезные системы хотя бы просто «на зуб»: очевидно, что частоту кадров в играх накопитель никак не увеличит, но сделать игровой процесс более комфортным может. Во всяком случае, твердотельные накопители «в чистом виде» это точно делают — проверено неоднократно. Да и «старые» методы кэширования были небесполезны. Но это все уже потом — пока у нас первое «пристрелочное» тестирование.

«Процессорная» производительность

Как мы уже отмечали, хотя транскодирование считается чисто процессорной нагрузкой, даже на ультрабучном Core i3 переход на SSD улучшает результаты почти на 8%. Optane же оказывается еще быстрее. Причем никакого читерства здесь нет — разброс результатов по пяти прогонам менее 1% в каждой программе, т. е. все ускорение за счет того, что «внутренняя жизнь» операционной системы, равно как и работа со служебными областями файловой системы, локализуются где-то в области кэширующего накопителя и винчестеру читать-писать «пользовательские» данные не мешают. SSD бы не ускорился, поскольку ему несколько потоков только в радость — механике нет.

Программы рендеринга ведут себя точно также: и никакого «обучения» кэша не наблюдается, и выигрыш по сравнению с винчестером есть. Пусть и небольшой, но на пустом месте фактически. Возможно, с более быстрыми процессорами он увеличится — это как раз будет интересно проверить.

Видеоредакторы вообще довольно устойчивы к накопителю — им главное, чтоб памяти хватило (напомним, что 100 баллов здесь результаты с винчестером и 8 ГБ ОЗУ — самый дешевый вариант, ниже которого уже экономия чревата). Поэтому, естественно, все остается столь же ровным — можно даже деньги не тратить 🙂 Запускаются вот только программы с винчестера медленно, что уже не все готовы терпеть (во всяком случае, из тех, кто уже знает, что можно и не терпеть). Кэширование же работу с часто используемыми приложениями до нужного уровня подстегивает.

Для работы с фотографиями желательно иметь и достаточное количество памяти, и быстрый накопитель. Не обязательно, впрочем, слишком быстрый — в «откэшированной» системе винчестеру просто перестают мешать работать, и оказывается, что в таких условиях, и он справляется.

Еще один пример ситуации, когда в принципе нет необходимости тратить деньги ни на отдельный, ни на кэширующий накопитель: само по себе распознавание многостраничного документа и более производительные процессоры загружает работой на все 100%, так что данные «подносить» слишком быстро не требуется.

WinRar в таком режиме тоже в основном «нагружает» процессор, но немного зависит и от накопителя. Optane формально компромисс, а фактически первый прогон теста выполняется с «винчестерной» скоростью и только со второго система кэширования начинает пытаться что-то оптимизировать. Впрочем, тут у нее поле для деятельности изначально ограниченное — но уже понятно к чему готовиться в дисковых тестах.

Разница между твердотельным и механическими накопителями невелика, а «оптанизированная» система «встраивается» между ними чуть ближе к первому.

И это же мы наблюдаем и в общем зачете. Таким образом, «тяжелая» неинтерактивная работа как раз тот случай, когда можно говорить о каком-то паритете. И ничего удивительного — тут и разница между механикой и NAND-флэш невелика, так что странным было бы ожидать резкого прорыва кэширующих технологий. Просто механика иногда, но немного мешает и здесь. Optane Memory инкапсулирует системную активность внутри себя — и больше ничего никому не мешает. Понятно, что радикальное решение проблемы лучше — но и дороже. Тем более что оно должно быть действительно радикальным: на твердотельный накопитель должны «помещаться» не только программы, но и рабочие данные. По крайней мере, основная их часть.

Файловые операции

Что давно и общеизвестно — при подобных нагрузках сравнивать механические и твердотельные накопители занятие бессмысленное. Что немного неожиданно и противоречит простой логике — кэширование умудряется что-то ускорять, так что «оптанизированный» жесткий диск быстрее самого себя в три раза. Много, но. Логика может быть и более сложной. Поэтому внимательно рассмотрим результаты по трем прогонам каждого теста.

Что-то делать с копированием кэш не пытается — и это хорошо. Небольшой разброс значений есть, но не принципиальный. И аналогично себя вообще ведет и чистая механика: копирование в данном случае длится долго, так что могут вмешаться и фоновые процессы. Могут и не вмешаться.

Что WinRar будет пытаться ускоряться — было очевидно сразу. Правда происходит это понемногу и в рабочем порядке, что объяснимо логикой теста: мы сначала создаем на накопителе архив без сжатия папки размером 9,52 ГБ, которая содержит разные типы файлов, а потом разархивируем этот архив на накопитель. То есть выделить какие-то определенные файлы (не говоря уже о дисковых секторах сложно).

Зато это просто сделать в тесте на основе приложения UltraISO, где производится распаковка ISO-образа размером 7,64 ГБ. Одного и того же. Первый прогон оказывается чуть более быстрым, чем если ограничиться одним винчестером, но именно, что «чуть». А дальше «увидев», что файл нам зачем-то нужен еще и еще, система занесла его в кэш. Да и результаты его распаковки тоже — места на это хватало. В итоге «уперлись» в процессор — как раз с такой скоростью тест проходит и на одиночном твердотельном накопителе.

В принципе, такое поведение системы не противоречит логике — с «обучением» системы мы сталкивались и при использовании других технологий кэширования (того же Smart Response или гибридных винчестеров). А вот что от них отличает Optane Memory, так это то, что и при первом выполнении теста результаты оказываются более высокими, чем на «голом» винчестере. Но это перестает казаться странным, если вспомнить, что записывать приходится не только пользовательские данные — необходимо модифицировать и MFT (Master File Table). Понятно, что она при работе по возможности кэшируется в оперативной памяти, причем используется отложенная запись, что позволяет немного «разнести» операции по времени. Но не в тех случаях, когда создаются сразу сотни, а то и тысячи файлов — заметно «оттянуть» процесс обновления MFT не выходит, что в итоге приводит к появлению второго потока записи. На операциях копирования в итоге вообще переходим к «трехпоточному» режиму: какая-то часть файлов продолжает считываться с диска в дисковый кэш, ранее прочитанные записываются и, заодно, обновляется MFT. Впрочем, не секрет, что (как в известном анекдоте) и двух достаточно чтобы уменьшить скорость выполнения даже чисто последовательных операций в полтора-два раза, т. е. где было 100 МБ/с на поток чтения или записи, будет уже 50-70 МБ/с на два (три. и далее) потока суммарно. Эффект известен давно, долгие годы воспринимался как должное, все, что индустрия могла с ним сделать — несколько ослабить. Но не слишком, так что при большой интенсивности операций накладные расходы могут превышать собственно требуемые для работы. Фактически, в этом случае работа винчестера очень похожа на сценарий записи и чтения со случайным доступом. При тестировании дисковых накопителей мы подобные ситуации моделируем, так что знаем, что даже для настольных моделей производительность в таком режиме не превышает 30 МБ/с, а при простом чтении и записи больших объемов данных может достигать и 80% линейной.

Возвращаясь к тесту, вспоминаем, что копируем мы 9,52 ГБ в виде 2401 разнообразных файлов. Соответственно, сам винчестер с обычными средствами ускорения работы со стороны ОС (а тут, как мы помним по предыдущему материалу, простое увеличение объема памяти с 4 до 8 ГБ увеличивает производительность примерно на 20%) позволяет получить итоговую скорость в районе 27,5 МБ/с: для ноутбучного «низкооборотистого» винчестера нормальный результат. Использование же Optane Memory позволяет при копировании данных «выжать» почти 100 МБ/с — фактически это предел механики в однопоточном режиме, поскольку используемый нами винчестер достигает последовательных скоростей в районе 120 МБ/с на внешних дорожках. На внутренних скорость упадет до ≈40 МБ/с, а для твердотельных накопителей такого эффекта нет, разумеется, но радость от последнего факта омрачает то, что требуется накопитель емкости, достаточной и для программ, и для данных. Просто потому, что работу с винчестером «системный» SSD не ускоряет. А Optane Memory делает более быстрым именно сам винчестер.

PC Mark 7

Заодно мы решили прогнать и дисковый тест этого пакета — просто для полноты картины. Кроме того, результаты можно сравнить и с демонстрируемыми «чистым» Optane, а также использованным нами SSD Kingston SSDNow M.2 SATA G2 емкостью 240 ГБ в тестах по стандартной методике.

Первое на что стоит обратить внимание — связка «HDD+Optane» протестирована «по-честному», т. е. рабочая область не ограничивается только лишь кэширующим накопителем. В принципе, как и должно быть — ведь часть рабочих данных нет смысла «тащить» в кэш. Отсюда и отличающийся результат в RAW-режиме. Хотя попытку ускориться в нем мы тоже обнаружили: трасса «Video editing» со второго прогона начала писать данные на Optane, что позволило ей достичь скорости в 164 МБ/с, а не первоначальных 90 МБ/с. Впрочем, и последние неплохи, конечно — такой результат демонстрируют быстрые «настольные» винчестеры, а вовсе не ноутбучные модели со скоростью вращения 5400 об/мин. Для них нормальная скорость в полтора-два раза ниже, а ускорение (даже на первом запуске) появляется из-за описанных выше причин: накопитель удается разгрузить от модификации служебных областей, изрядно «лианеризовав» процесс (что как раз очень «нравится» механике). «Чистый» SSD же способен с легкостью «уйти» за 200 МБ/с, но только лишь пока мы не выходим за пределы его емкости. А главное — в реальности выполнение этой работы зависит не только и не столько от накопителя, больше определяясь процессором и другими компонентами. В итоге в приближенном к практике режиме работы эта трасса проигрывается со скоростью не более 23-25 МБ/с. Если, конечно, речь идет о твердотельном накопителе и/или СХД с кэшированием — обычные винчестеры узким местом в какой-то степени являются, поскольку не могут «подавать данные» в нужном темпе. Даже на этой трассе, вообще говоря к механике достаточно благосклонной. А есть и другие — где плюсы твердотельных накопителей видны лучше. Кэширование при помощи Optane Memory позволяет достичь сходных результатов — обычный же винчестер без ускорения не справляется. Smart Response как мы помним увеличивал общую производительность в PC Mark 7 примерно вдвое (кстати, «Video editing» эта технология вообще не ускоряла — поскольку здесь больше записи, чем чтения). Optane Memory может добиться большего — фактически ускоренный посредством данной технологии винчестер перестает быть «узким местом» в системе точно также, как и SSD. Что мы видели и в тестах приложений — эти результаты неплохо коррелируют друг с другом. Размер эффекта, конечно, разный, но это объяснимо — чем более сложная и менее интерактивная работа выполняется на компьютере, тем менее влияет на время ее выполнения скорость дисковых операций.

Итого

В принципе, главный вопрос, ответ на который нам хотелось найти для начала — работает ли вообще данная технология на практике. Ответ — да, работает, причем так, как и было обещано. Так что в дальнейшем мы планируем расширить и углубить изучение разных вопросов ее применения, причем в разных тестовых сценариях и на разных аппаратных конфигурациях.

Второй важный момент — альтернативой твердотельным накопителям использование Optane Memory не является. Intel называет ее «технологией ускорения компьютера» — и это правда. Но часть правды — это технология «ускорения работы массового компьютера», в котором, напомним, обычно стоит одиночный винчестер. Вот именно работу с ним и получается «подстегнуть», причем даже традиционные дисковые операции. Фактически в этом режиме работы модуль Optane Memory, кусочек чипсета и винчестер «собираются» в единый гибридный накопитель — так он и виден для системы. По аналогии с предыдущими версиями технологий кэширования, можно сделать и отдельный такой винчестер — но об этом уже должны заботиться производители последних. Причем узким местом тут уже может оказаться и SATA-интерфейс — вот SATA-Express подошел бы (как раз обеспечивая и пару линий PCIe), но он на практике и «помер», не дождавшись момента. Поэтому нынешний «раздельный» подход удобен и гибок. Тем более, он применим не только для системного винчестера, но и дополнительного — даже если в качестве системного использовать SSD. Т. е. на деле компания замахивается даже не на 80% компьютеров, а на 90% — вне потенциальной аудитории остаются лишь те 10% систем, где механики уже нет вообще. Вот для них данная технология просто не нужна (хотя. возможно, медленный SSD и можно ускорить в каких-то сценариях: поискать таковые будет тоже интересно), но их мало. А винчестеров — много.

Кроме того, изменившаяся логика работы (не копирование части информации для быстрого чтения, а ее перенос для быстрого доступа и на чтение, и на запись) прямо провоцируют к увеличению емкости Optane Memory. В планах компании модули на 64 ГБ уже есть, но и это не предел. Т. е. по сути это еще один путь внедрения твердотельных накопителей в массовые компьютеры — но немного более простой и «прозрачный» для пользователя. При традиционном подходе последнему нужно выбрать SSD нужной емкости, а потом самому следить — что и куда писать. Многим (энтузиастам в первую очередь) полный контроль за работой компьютера нравится, но большинству пользователей — нет. Соответственно, этому большинству и предложен альтернативный вариант: в любой момент времени можно докупить кэширующий модуль и ускорить работу компьютера. Пусть даже для начала это будут 16 ГБ — в дальнейшем можно поменять его на более емкий. А как данные будут распределяться по накопителям — пусть система решает. Как говорили умные колхозники: пусть трактор работает — он железный. В конечной же точке пути кэширующих технологий и «ручного управления» сойдутся: гибридная СХД с «горячими» данными на самых быстрых накопителях и «холодными» на самых дешевых.

Источник