3D XPoint é uma tecnologia de armazenamento de memória desenvolvida conjuntamente pela Intel e pela Micron Technology Inc. Os dois fornecedores descreveram esta nova tecnologia como preenchendo uma lacuna no mercado de armazenamento entre RAM dinâmica (DRAM) e NAND flash.
Intel e Micron desenvolveram a tecnologia 3D XPoint juntos, mas estão trabalhando separadamente para desenvolver e vender produtos que fazem uso da tecnologia.
Como funciona a memória 3D XPoint
No seu anúncio da tecnologia em 2015, a Intel e a Micron afirmaram que o 3D XPoint seria até 1.000 vezes mais rápido e teria até 1.000 vezes mais resistência do que o NAND flash, e teria 10 vezes a densidade de armazenamento da memória convencional. Os primeiros produtos são mais rápidos e duráveis que o NAND e mais densos que a memória convencional, mas não têm vivido em toda a extensão das reivindicações dos fornecedores.
3D XPoint tem uma arquitetura diferente de outros produtos flash. Tem a reputação de ser baseado na tecnologia de mudança de fase da memória, com uma arquitetura sem transistor e ponto cruzado que posiciona seletores e células de memória na intersecção de fios perpendiculares. Essas células, feitas de um material não especificado, podem ser acessadas individualmente por uma corrente enviada através dos fios superiores e inferiores que tocam cada célula. Para melhorar a densidade de armazenamento, as células 3D XPoint podem ser empilhadas em três dimensões.
arquitetura
Cada célula armazena um único pedaço de dados, fazendo com que uma célula represente um 1 ou um 0 através de uma mudança de propriedade em massa no material da célula, o que modifica o nível de resistência da célula. A célula pode ocupar um estado de alta ou baixa resistência, e mudar o nível de resistência da célula muda se a célula é lida como 1 ou 0. Como as células são persistentes, elas mantêm seus valores indefinidamente, mesmo quando há uma perda de energia.
As operações de leitura e escrita ocorrem variando a quantidade de voltagem enviada para cada seletor. Para operações de escrita, uma voltagem específica é enviada através dos fios ao redor de uma célula e de um seletor. Isto activa o selector e permite que a tensão passe para a célula para iniciar a mudança da propriedade de massa. Para operações de leitura, uma tensão diferente é enviada para determinar se a célula está em um estado de alta ou baixa resistência.
3D XPoint tem a capacidade de escrever dados em um nível de bit, uma vantagem sobre o NAND. Todos os bits em um bloco de flash NAND devem ser apagados antes que os dados possam ser escritos. Em teoria, essa capacidade permite que o 3D XPoint tenha maior desempenho e menor consumo de energia do que o NAND flash.
Produtos e fornecedores maiores
Intel começou a enviar seus primeiros produtos 3D XPoint na primavera de 2017. Seus 375 gigabytes (GB) Optane SSD DC P4800X Series foram enviados para clientes selecionados em março. A ampla disponibilidade é esperada mais tarde em 2017.
Intel Optane memory for consumer PCs enviados mais tarde, na primavera de 2017. É uma unidade de cache que vem em capacidades de 16 GB ou 32 GB. A memória Optane só funciona em PCs com processadores Intel Core de sétima geração, conectando-se a um slot M.2 em placas-mãe de chipset Intel série 200.
Micron planeja ter produtos de memória e armazenamento baseados em 3D XPoint- disponíveis sob a marca QuantX em 2017. Ambos os produtos 3D XPoint Optane e QuantX usam o mesmo núcleo para armazenamento que está sendo produzido nas instalações da joint venture Intel-Micron em Lehi, Utah.
3D XPoint speed and performance
Com a arquitetura 3D XPoint, os dados não precisam mais ser armazenados em blocos de 4 KB usando uma lenta pilha de arquivos de E/S. A nova tecnologia permite que pequenas quantidades de dados sejam escritas e lidas, tornando o processo de leitura/gravação mais rápido e mais eficiente que o NAND. Os produtos iniciais usando a tecnologia 3D XPoint comprovam isso, embora não aos níveis de velocidade e desempenho prometidos pela Intel e Micron quando implementaram a tecnologia.
Embora não tão rápido quanto a DRAM, o 3D XPoint tem a vantagem de ser uma memória não volátil. Do ponto de vista de desempenho e preço, a tecnologia 3D XPoint cai entre DRAM rápida, mas cara, e NAND flash mais lento e barato.
De acordo com a Intel, o drive P4800X executou cinco a oito vezes mais rápido do que o DC P3700 baseado em flash NAND da empresa em testes internos em baixa profundidade de fila usando uma carga de trabalho mista. O P4800X pode alcançar até 500.000 IOPS — ou aproximadamente 2 GBps — a uma profundidade de fila de 11, a Intel alegou.
Observers especulou que o barramento PCI Express (PCIe) usado pelo P4800X está segurando-o da velocidade prometida de 1.000 vezes mais rápido do que o NAND. Outras mudanças no sistema que se pensa serem necessárias para que a tecnologia 3D XPoint atinja metas de desempenho mais altas incluem a segregação de memória persistente e não persistente ao lidar com erros de verificação da máquina e o uso de um compilador que permite que a memória persistente seja declarada, juntamente com o uso de editores de link que podem construir essa memória em uma aplicação. As próprias aplicações devem ser reescritas para eliminar I/O de arquivos e usar instruções simples e operações vetoriais.
DIMMs 3D não voláteis de memória dupla em linha (DIMMs) que cabem em slots DRAM e usam o barramento de taxa dupla de dados também podem ajudar o 3D XPoint a atingir seu potencial máximo de desempenho.
Custo
Intel Optane memória para PCs é $44 para um módulo de 16 GB e $79 para um módulo de 32 GB.
3>3D casos de uso do XPoint
3D XPoint é usado como uma camada adicional de armazenamento entre flash e DRAM. É uma prática relativamente comum para classificar o armazenamento entre unidades de disco rígido (HDDs) e flash. Dados de alta intensidade e aplicações que se beneficiam mais das altas velocidades são armazenados na camada flash, enquanto os dados e aplicações que são acessados com menos freqüência são colocados em disco. O 3D XPoint é outra camada de armazenamento acima do flash para dados e aplicativos que precisam de velocidades ainda maiores.
Intel espera que a SSD 3D XPoint Optane seja usada para armazenamento e cache de alto desempenho, bem como para estender e substituir a memória. De acordo com as projeções da empresa, os usuários serão capazes de aumentar a memória do servidor em até oito vezes e deslocar a DRAM em até 10:1 para cargas de trabalho selecionadas.
Intel forneceu três maneiras de estender a memória com SSDs 3D XPoint Optane:
- via um mecanismo de paging do sistema operacional que move os dados para o SSD conectado ao PCI quando a DRAM preenche para uma carga de trabalho;
- via aplicações otimizadas; ou
via Tecnologia de Drive de Memória da Intel suportada em seus processadores Xeon.
In the future, it will be possible to extend memory with the 3D XPoint DIMMs that Intel plans to release. Observers speculate that 3D XPoint Optane, and particularly Optane NVDIMMs, will be used to:
- expand the apparent size of DRAM;
- enable bigger, more-effective databases;
- help overcome big data network bottlenecks;
- facilitate high-performance computing applications;
- extend memory and boost instance storage performance in the cloud;
- provide the storage capacity and speed that hybrid clouds need; and
- possibly serve as primary memory tiers in hyper-converged systems.