3D XPoint – ядро Intel Optane
Optane — це брендова назва для цілої колекції продуктів компанії Intel на базі пам'яті 3D XPoint, технології, розробленій у партнерстві з Micron. Дуже різні, всі ці продукти мають спільну рису - згадану вище технологію 3D XPoint.
По суті, це ще одна форма енергонезалежного твердотільного сховища, розробленого як набагато швидша та більш витривала альтернатива традиційній флеш-пам'яті NAND. З точки зору продуктивності цю технологію можна порівняти з динамічною оперативною пам'яттю (DRAM), яка дозволяє пришвидшити більшість обчислювальних процесів. Однак, на відміну від тимчасової DRAM, 3D XPoint зберігає дані навіть після вимкнення системи. А що стосується ціни, то вона знаходиться десь між дорогою DRAM і відносно недорогою NAND.
Архітектура 3D XPoint відрізняється від інших флеш-рішень. Її специфічний дизайн значно спрощує взаємодію з комірками пам'яті, забезпечуючи ефективнішу роботу і нижче енергоспоживання, а також дозволяє зберегти більше в тому ж просторі. Крім того, 3D XPoint менше зношується під впливом інтенсивного запису. Ці унікальні властивості розширюють можливості використання згаданої технології в різних видах продуктів.
Типи продуктів Intel Optane
Уся плутанина навколо Optane, швидше за все, спричинена тим, що продукти під цією назвою відрізняються за своєю сутністю і, отже, підпадають під різні категорії. Основна відмінність між ними полягає в апаратному та програмному забезпеченні, з яким поєднується той чи інший носій 3D XPoint. Це визначає роль пристрою Optane в системі та його функціонал.
По-перше, до продуктів Optane належить невеликий кеш-накопичувач, який використовується в поєднанні з повільнішим накопичувачем більшої ємності, як-от традиційний жорсткий диск SATA. Такий кеш може бути інтегрований у модуль гібридного сховища, у якому він доповнюватиме більший твердотільний накопичувач на основі NAND. Крім того, продукти Optane можна використовувати для постійного зберігання, як-от швидкий автономний накопичувач. І, нарешті, є орієнтовані на пам'ять продукти Optane, які використовуються разом із модулями DRAM.
Давайте детальніше розглянемо кожен тип пристроїв Optane, а також способи їх використання.
Кеш-накопичувач Intel Optane
Цей тип пристрою Optane був фактично першим продуктом на базі 3D XPoint, який вийшов на ринок. В основному йдеться про продукти серій Intel Optane Memory та Intel Optane Memory M. Модулі кешування Optane виглядають ідентично сучасним PCIe NVMe SSD з форм-фактором M.2. Вони мають відносно невелику ємність до 64 ГБ. Плата може бути попередньо встановлена на ПК або додана в рамках оновлення.
Мал. 1. Кеш-накопичувач серії Intel Optane Memory.
Такий модуль призначений для паралельної роботи з основним накопичувачем системи, наприклад, механічним жорстким диском або низькошвидкісним SATA SSD. Його основною функцією є прискорення роботи комп'ютера шляхом кешування часто використовуваних файлів і програм. Завдяки тому, що дані, які часто використовуються, зберігаються на швидкому пристрої, щоденні завдання можна виконувати набагато скоріше. Це найбільш корисно при обробці великого обсягу невеликих файлів.
Щоб визначити, що потрібно кешувати у першу чергу, накопичувач покладається на програмне забезпечення та драйвер технології Rapid Storage Technology (RST) від Intel. Драйвер відстежує частоту запитів, щоб вирішити, які дані потрібно перемістити у кеш, а які слід замінити, коли він заповнюється. Таким чином, частина файлів користувача і елементів ОС зберігатимуться на диску Optane без їх обов'язкового копіювання до основного сховища. У той же час деякі метадані Optane розміщуються в кінці основного диска.
Коли вмикається прискорення, обидва диски об'єднуються в один віртуальний том, подібний до RAID 0, і не можуть бути розділені. Результат відображається в ОС як том пам'яті Intel Optane з ємністю основного HDD або SSD.
Мал. 2. Кеш-накопичувач Intel Optane у поєднанні зі звичайним жорстким диском.
Вимкнення згаданої функції переміщує дані на головний диск, очищає кеш Optane і видаляє метадані. Потім диски відображаються як окремі пристрої.
Мал. 3. Кеш-накопичувач Intel Optane і звичайний HDD з вимкненим прискоренням.
Важливо також зазначити, що цю технологію можна застосувати лише на комп'ютері, який відповідає її жорстким вимогам до апаратного та програмного забезпечення. Зокрема, до них належать:
-
сумісний процесор Intel;
-
материнська плата з підтримкою Intel Optane Memory;
-
слот M.2, що відповідає протоколу NVMe;
-
належні версії BIOS/UEFI та ОС;
-
встановлений відповідний драйвер RST та програмний пакет.
Також слід звернути особливу увагу на налаштування BIOS/UEFI комп'ютера. Параметр режиму контролера SATA у BIOS/UEFI має бути налаштований як "RAID" чи "Intel RST" замість "AHCI". Змінити режим потрібно, навіть якщо в вас немає наміру створювати RAID як такий, оскільки сама Optane Memory базується на RAID-подібній конфігурації. Слот M.2, до якого підключається кеш-накопичувач, також має розпізнаватися системою.
Гібридний накопичувач Intel Optane
Гібридні накопичувачі Optane працюють у подібний спосіб. Однак описаний вище кеш-накопичувач Optane поєднується з іншим SSD Intel на одній платі M.2. Модуль зазвичай постачається попередньо вбудованим у системи кількох великих виробників. У той час як одна частина модуля Optane базується на 3D XPoint, інша використовує технологію флеш-пам'яті QLC NAND. Таку будову мають продукти серій Intel Optane Memory H10 і H20.
Мал. 4. Гібридний накопичувач серії Intel Optane Memory H20.
Тут кеш Optane має компенсувати недоліки QLC NAND у тому, що стосується продуктивності та довговічності. При цьому плата займає лише один слот M.2 і невелику кількість місця, що дозволяє реалізувати функцію кешування в малогабаритних гаджетах, таких як ноутбуки та ультрабуки.
Частина модуля з флеш-пам'яттю QLC NAND знаходиться ближче до роз'єму M.2. Вона оснащена контролером SM та пакетами DRAM і NAND. А частина Optane включає невеликий контролер Intel Optane, пакет пам'яті 3D XPoint і компоненти керування живленням. Кожна з двох частин має дві виділені смуги PCIe.
Мал. 5. Компонування гібридного модуля зберігання Intel Optane.
Обидва накопичувача у модулі працюють незалежно, безпосередньо не зв'язуючись один з одним. Вже згаданий драйвер Intel RST (Rapid Storage Technology) опрацьовує все кешування та представляє дві частини модуля у вигляді єдиного сховища, схожого на RAID 0. Якщо вимкнути прискорення, вони розглядатимуться як окремі пристрої.
За функціоналом ця конфігурація аналогічна стандартному накопичувачу Optane Memory з окремим SSD. Однак, зважаючи на таку специфічну будову, для належної роботи цього накопичувача необхідно виконати ще більш суворі системні вимоги. Крім вже зазначених вище вимог, для нього потрібен ще й спеціальний слот M.2, який має підтримувати так звану біфуркацію (розгалуження). Щоб одночасно розмістити компоненти Optane та QLC NAND, він повинен забезпечити чотири смуги PCIe з можливістю розділити їх на два набори по дві смуги в кожному. Без належної підтримки буде розпізнаватися лише частина пристрою з QLC NAND.
Автономний SSD Intel Optane
Intel також пропонує чисті твердотільні накопичувачі Optane, які можуть служити надшвидким постійним сховищем. Такий пристрій фактично є пам'яттю 3DX Point, вбудованою у форм-фактор M.2, 2,5-дюймовий U.2 або плату розширення PCIe. Його ємність коливається від 58 ГБ до 3,2 ТБ. Існує кілька лінійок SSD-накопичувачів, призначених для споживчого та корпоративного ринку, які відрізняються насамперед за ціною та довговічністю, а не за дизайном.
Мал. 6. SSD Intel Optane у форм-факторі M.2.
Твердотільні накопичувачі Optane дуже дорогі порівняно з накопичувачами на базі NAND, через що їх можна зустріти хіба що у комп'ютерах справжніх фанатів та у високопродуктивних серверних середовищах. Однак їх сумісність подібна до сумісності більшості NVMe SSD. З відповідними драйверами вони можуть працювати в широкому колі систем, на відміну від інших типів продуктів Optane, які є надзвичайно вибагливими у своїх системних вимогах.
Постійна пам'ять Intel Optane
Ще один вид продуктів Optane представлений серією Intel Optane DC Persistent Memory. Йдеться про застосування 3D XPoint на картах пам'яті, розроблених у форм-факторі DDR4. Ці модулі встановлюються в роз'єми DDR4 DIMM на сумісних серверних материнських платах, які за традицією використовуються для енергонезалежної пам'яті. Вони мають ємність до 512 ГБ, що набагато більше за 16-64 ГБ типових модулів DDR4.
Такий модуль вочевидь не може замінити DRAM. Натомість він може доповнити наявну конфігурацію пам'яті додатковою ємністю за більш доступною ціною. Хай він і повільніший за DRAM, однак, може підвищити загальну продуктивність за рахунок кешування.
Про особливості відновлення даних з пристроїв Intel Optane і саму процедуру, яка виконується за допомогою програмного продукту UFS Explorer, докладніше розповідається у окремій статті.
Відновлення та доступ до даних на пристроях з цією технологією можна здійснити за допомогою наступного програмного забезпечення:
-
UFS Explorer Professional Recovery Повна підтримка
-
Recovery Explorer Professional Повна підтримка