3D XPoint este o tehnologie de stocare a memoriei dezvoltată în comun de Intel și Micron Technology Inc. Cei doi vânzători au descris această nouă tehnologie ca umplând un gol pe piața de stocare între memoria RAM dinamică (DRAM) și NAND flash.
Intel și Micron au dezvoltat împreună tehnologia 3D XPoint, dar lucrează separat pentru a dezvolta și vinde produse care utilizează această tehnologie.
Cum funcționează memoria 3D XPoint
În anunțul făcut în 2015 cu privire la această tehnologie, Intel și Micron au afirmat că 3D XPoint va fi de până la 1.000 de ori mai rapidă și va avea o rezistență de până la 1.000 de ori mai mare decât memoria NAND flash și va avea o densitate de stocare de 10 ori mai mare decât memoria convențională. Primele produse sunt mai rapide și mai rezistente decât NAND și mai dense decât memoria convențională, dar nu s-au ridicat la înălțimea pretențiilor furnizorilor.
3D XPoint are o arhitectură diferită față de alte produse flash. Are reputația de a se baza pe tehnologia de memorie cu schimbare de fază, cu o arhitectură fără tranzistori, cu puncte încrucișate, care poziționează selectori și celule de memorie la intersecția firelor perpendiculare. Aceste celule, realizate dintr-un material nespecificat, pot fi accesate individual prin intermediul unui curent trimis prin firele de sus și de jos care ating fiecare celulă. Pentru a îmbunătăți densitatea de stocare, celulele 3D XPoint pot fi stivuite în trei dimensiuni.
Arhitectura
Care celulă stochează o singură bucată de date, ceea ce face ca o celulă să reprezinte fie un 1, fie un 0 printr-o schimbare a proprietății în masă a materialului celulei, care modifică nivelul de rezistență al celulei. Celula poate ocupa fie o stare de rezistență înaltă, fie una de rezistență joasă, iar modificarea nivelului de rezistență al celulei schimbă dacă celula este citită ca un 1 sau un 0. Deoarece celulele sunt persistente, acestea își păstrează valorile pe termen nelimitat, chiar și atunci când există o pierdere de energie.
Operațiile de citire și scriere au loc prin variația cantității de tensiune trimisă la fiecare selector. Pentru operațiile de scriere, o anumită tensiune este trimisă prin firele din jurul unei celule și al unui selector. Acest lucru activează selectorul și permite trecerea tensiunii către celulă pentru a iniția schimbarea proprietății de masă. Pentru operațiunile de citire, este trimisă o tensiune diferită pentru a determina dacă celula se află într-o stare de înaltă sau joasă rezistență.
3D XPoint are capacitatea de a scrie date la nivel de bit, un avantaj față de NAND. Toți biții dintr-un bloc flash NAND trebuie să fie șterși înainte de a se putea scrie date. Teoretic, această capacitate permite ca 3D XPoint să aibă performanțe mai mari și un consum de energie mai mic decât NAND flash.
Principalele produse și furnizori
Intel a început să livreze primele sale produse 3D XPoint în primăvara anului 2017. Seria sa de SSD Optane DC P4800X de 375 de gigabyte (GB) a fost trimisă unor clienți selectați în luna martie. Disponibilitatea pe scară largă este așteptată mai târziu în 2017.
Memoria Optane de la Intel pentru PC-urile de consum a fost livrată mai târziu în primăvara anului 2017. Este o unitate de memorie cache care vine în capacități de 16 GB sau 32 GB. Memoria Optane funcționează numai pe PC-urile cu procesoare Intel Core din a șaptea generație, conectându-se la un slot M.2 de pe plăcile de bază cu chipset Intel seria 200.
Micron intenționează să aibă produse de memorie și stocare bazate pe 3D XPoint disponibile sub marca QuantX în 2017. Atât produsele 3D XPoint Optane, cât și QuantX folosesc aceeași matrice de bază pentru stocare, fiind produse în instalația de joint-venture Intel-Micron din Lehi, Utah.
Viteza și performanța 3D XPoint
Cu arhitectura 3D XPoint, datele nu mai trebuie să fie stocate în blocuri de 4 KB folosind o stivă I/O lentă, de tip fișier. Noua tehnologie permite scrierea și citirea unor cantități mici de date, ceea ce face ca procesul de citire/scriere să fie mai rapid și mai eficient decât NAND. Produsele inițiale care utilizează tehnologia 3D XPoint confirmă acest lucru, deși nu la nivelurile de viteză și performanță pe care Intel și Micron le-au promis atunci când au lansat tehnologia.
Deși nu este la fel de rapidă ca DRAM, 3D XPoint are avantajul de a fi o memorie nevolatilă. Din punct de vedere al performanței și al prețului, tehnologia 3D XPoint se situează între DRAM rapidă, dar costisitoare, și NAND flash, mai lentă și mai ieftină.
Potrivit Intel, unitatea P4800X s-a comportat de cinci până la opt ori mai rapid decât unitatea DC P3700 a companiei, bazată pe NAND flash, în testele interne la adâncimi mici ale cozilor de așteptare, folosind o sarcină de lucru mixtă. P4800X poate atinge până la 500.000 IOPS – sau aproximativ 2 GBps – la o adâncime a cozii de 11, a afirmat Intel.
Observatorii au speculat că magistrala PCI Express (PCIe) utilizată de P4800X o împiedică să atingă viteza promisă de 1.000 de ori mai rapidă decât NAND. Alte modificări de sistem despre care se crede că sunt necesare pentru ca tehnologia 3D XPoint să atingă obiectivele de performanță mai mari includ segregarea memoriei persistente de cea nepersistentă atunci când se tratează erorile de verificare a mașinii și utilizarea unui compilator care permite declararea memoriei persistente, împreună cu utilizarea editorilor de legături care pot încorpora această memorie într-o aplicație. Aplicațiile în sine trebuie rescrise pentru a elimina I/O de fișiere și pentru a utiliza operații cu o singură instrucțiune și vectoriale.
Modulurile de memorie 3D XPoint dual in-line (DIMM) nevolatilă care se potrivesc în sloturile DRAM și care utilizează magistrala cu viteză de date dublă pot, de asemenea, să ajute 3D XPoint să-și atingă potențialul maxim de performanță.
Cost
Memoria Intel Optane pentru PC-uri costă 44 de dolari pentru un modul de 16 GB și 79 de dolari pentru un modul de 32 GB.
Cazuri de utilizare a 3D XPoint
3D XPoint este utilizat ca un strat suplimentar de stocare între flash și DRAM. Este o practică relativ obișnuită de a eșalona stocarea între hard disk-uri (HDD) și flash. Datele de mare intensitate și aplicațiile care beneficiază mai mult de viteze mari sunt stocate pe stratul flash, în timp ce datele și aplicațiile care sunt accesate mai rar sunt plasate pe disc. 3D XPoint este un alt strat de stocare deasupra flash-ului pentru datele și aplicațiile care au nevoie de viteze și mai mari.
Intel se așteaptă ca SSD-ul 3D XPoint Optane să fie utilizat pentru stocare de înaltă performanță și caching, precum și pentru a extinde și înlocui memoria. Conform proiecțiilor companiei, utilizatorii vor putea crește memoria serverului de până la opt ori și vor putea înlocui DRAM într-un raport de până la 10:1 pentru anumite sarcini de lucru.
Intel a oferit trei modalități de extindere a memoriei cu SSD-urile 3D XPoint Optane:
- prin intermediul unui mecanism de paginare a sistemului de operare care mută datele pe SSD-ul atașat la PCIe atunci când DRAM se umple pentru o sarcină de lucru;
- prin intermediul aplicațiilor optimizate; sau
- prin intermediul tehnologiei Intel Memory Drive Technology, suportată de procesoarele sale 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.