Коли жорсткий диск стане «ракетою»
У комп’ютерів сьогодні є одне «вузьке» місце – накопичувач. Адже зі швидкої оперативної пам’яті дані доводиться вивантажувати на повільний механічний жорсткий диск HDD, щоб їх не втратити при вимкненні. Ситуацію не сильно рятує навіть заміна на флеш-пам’ять SSD – швидкість запису та зчитування файлів залишається низькою порівняно із оперативною пам’яттю. Але Intel нещодавно заявила про революцію в галузі зберігання інформації. Компанія показала роботу накопичувачів Optane, в яких використовується пам'ять 3D XPoint. Спробуємо розібратися в плюсах та мінусах нової технології.
Що таке 3D XPoint і Intel Optane
3D XPoint – це принципово нова незалежна пам'ять. Точний принцип її роботи розробники з Intel і Micron поки не називають. Але вони кажуть, що ця пам’ять буде набагато швидшою, ніж сучасні SSD, і при цьому не боятиметься зникнення електрики, як оперативна пам’ять. Першими накопичувачами на базі 3D XPoint стануть Intel Optane.
Останній стрибок у накопичувачах стався 27 років тому – тоді винайшли популярну сьогодні флеш-пам'ять
Як влаштована пам'ять 3D XPoint
Структура 3D XPoint досить проста – це ряди перпендикулярних дротів, які перетинаються між собою, і між ними розміщено активні комірки пам’яті. Звідси і назва XPoint – читається як crosspoint, перетин. При подачі напруги активується селектор і відбувається зчитування або запис. При цьому, на відміну від оперативної пам'яті DRAM, для роботи не потрібні складні та дорогі транзистори.
Друга частина – абревіатура 3D – означає, що на кристалі існує кілька шарів таких перехресних дротів. Перше покоління 3D XPoint мало два шари та виконується за 20-нанометровим технологічним процесом. З подальшим ускладненням технології виробництва до 10 нанометрів структура 3D XPoint буде рости у всіх вимірах. Micron вже працює над другим поколінням, в якому щільність упаковки активних комірок вище в 8-10 разів, ніж у флеш-пам’яті NAND.
Принципова відмінність нового типу пам'яті в порівнянні з NAND полягає в тому, що індивідуальний доступ можна отримати до кожної комірки 3D XPoint. У флеш-пам’яті можна зчитувати та записувати лише масиви, що зменшує ресурс та збільшує складність розробки накопичувачів.
Чим 3D Xpoint хороша
У 3D XPoint два плюси: висока швидкість роботи і не менш висока надійність. Теоретично, за словами Intel і Micron, нова пам’ять буде в 1000 разів швидше флеш-пам’яті і в стільки ж разів витривалішою. При цьому 3D XPoint приблизно удесятеро повільніше оперативної пам'яті стандарту DDR4.
Порівняння швидкодії 3D XPoint та інших типів пам'яті
Популярна сьогодні флеш-пам’ять MLC NAND забезпечує ресурс запису близько 3000 разів на одну комірку. Перевага 3D XPoint в надійності у 1000 разів означає, що комірки можна записувати кілька мільйонів разів. Наприклад, якщо Optane забезпечить 3 000 000 циклів, тоді накопичувач об'ємом 256 Гбайт отримає життєвий ресурс в розмірі 768 ПБ. Це запис даних обсягом 420 ТБ щодоби або 4,9 ГБ в секунду.
Наскільки швидкі накопичувачі Intel Optane
Поки прототипи на 3D XPoint не розвивають швидкості, якими Intel хвалиться на всіляких презентаціях. У минулому році глава Intel Брайан Кржаніч продемонстрував робочий прототип Optane, який виявився в сім разів швидше серверного SSD Intel DC P3700.
Днями Intel знову продемонструвала можливості накопичувача Optane. На цей раз на очах у публіки провели дослід, в якому пристрій на базі 3D XPoint скопіював файл об'ємом 25 гігабайт всього за 15 секунд: швидкість накопичувача склала 1,95 ГБ/с. SSD-накопичувач з інтерфейсом SATA 3.0 з аналогічним завданням впорався за 100 секунд, тобто виявився майже в сім разів повільнішим. У цього 2,5-дюймового SSD швидкість була на рівні 284 Мбайт/с.
Порівняння швидкодії SSD-накопичувача на флеш-пам'яті Intel DC P3700 та новітнього Intel Optane (справа) при копіюванні файлів
Якими будуть пристрої на базі 3D XPoint
Накопичувачі для споживчих пристроїв з'являться відразу в декількох форм-факторах: від класичних 2,5-дюймових накопичувачів з роз'ємом U.2 до плат M.2 і дискретних карт PCI Express x4 3.0. Ходять чутки, що 3D XPoint з'явиться вже в цьому році в нових Apple MacBook PRO.
Перші комерційні Optane будуть призначеними для серверів. Вони отримають інтерфейси PCI Express 3.0 х4 і NVDIMM. У першому випадку 3D XPoint забезпечить продуктивність на рівні 3200 МБ/с. Швидкість читання і запису накопичувача форм-фактора NVDIMM складе 6 ГБ/с.
Скільки коштує пам'ять 3D XPoint
Офіційних даних немає. Але багато експертів говорять про те, що вартість 3D XPoint розташується між флеш-пам'яттю NAND і оперативною пам’яттю DRAM. Минулого літа Intel показала перші мікросхеми ємністю 128 Гбіт. Аналогічний чіп MLC NAND коштує в середньому 7,5 доларів. Мікросхема 3D XPoint, за різними оцінками, обійдеться приблизно в п'ять разів дорожче.
Чи існують схожі технології
Так, наприклад, HP і SanDisk працюють над енергонезалежною пам'яттю Storage Class Memory (SCM). В її основу лягла технологія ReRAM на основі мемристорів. Переваги SCM такі самі: швидкість і надійність в 1000 разів більше, ніж у флеш-пам'яті NAND.
Коли Intel Optane з'явиться в продажу
Восени цього року. Швидше за все, це будуть серверні пристрої.